содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..

ОСНОВЫ СПАИВАНИЯ СТЕКЛА С РАЗЛИЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Сущность процесса спаивания стекла со стеклом заключается в подготовке спаиваемых заготовок, разогреве зон спаивания до размягченного состояния с последующим соприкосновением и сжатием спаиваемых деталей. В отличие от этого процесс изготовления спая стекло — металл завершается сжатием размягченной стеклянной детали с раскаленным металлом. Изготовленные спаи подвергают термообработке. Качество полученных спаев в значительной степени зависит от правильного подбора спаиваемых материалов как по их КТР, так и по другим физико-химическим свойствам. Неправильный подбор спаиваемых материалов и ошибки в установлении режимов их термообработки приводят к образованию различных дефектов, основными из которых являются: тепловые напряжения, обусловленные различием в КТР спаиваемых материалов; расстекловывание или кристаллизация сгекла; электролиз стекла; газовые пузыри в спае.

Тепловые напряжения характерны как для спаев стекло — стекло, так и для спаев стекло — металл. Причиной возникновения тепловых напряжений может быть не только различие в КТР спаиваемых материалов, но и неравномерный разогрев или остывание спая. Наличие больших тепловых напряжений в спаях приводит к образованию трещин в стекле или к отлипанию спаиваемых материалов. Если же тепловые напряжения не превышают механической прочности спая, то они не столь опасны.

Избежать возникновения тепловых напряжений в спаях можно только при идеальном совпадении КТР спаиваемых материалов. Однако подобрать материалы с идеальным совпадением КТР во всем диапазоне рабочих температур (от комнатной до температуры спаивания) практически не удается. По степени совпадения КТР спаиваемых материалов спаи можно условно разделить на согласованные и несогласованные.

В согласованных спаях КТР спаиваемых материалов равны или мало отличаются во всем диапазоне рабочих температур. Тепловые напряжения в этих спаях невелики и при правильном подборе режима отжига не причиняют вреда изделию.

В несогласованных спаях КТР спаиваемых материалов резко различаются. Чтобы предотвратить развитие больших тепловых напряжений в этих спаях, металлическую деталь спая конструируют таким образом, что она может свободно деформироваться при деформации стекла.

Расстекловывание или кристаллизация стекла развивается при длительной выдержке его в размягченном состоянии. Такие условия часто создаются при огневой обработке больших и сложных стеклянных изделий.

Для уменьшения кристаллизации в стекло добавляют окислы щелочных металлов, силикаты которых очень медленно кристаллизуются. Однако при температурах выше 700—800е С окислы щелочных металлов легко испаряются с поверхности стекла и такое стекло становится склонным к поверхностной кристаллизации. Стекло с поверхностной кристаллизацией считается непригодным для изготовления деталей ЭВП. Чтобы предотвратить этот процесс, применяют так называемую «солку» пламени газовой горелки. В пламя горелки вносят пары щелочного металла — натрия (асбестовая ткань, смочен­ная раствором соды или поваренной соли). При этом поверхность стекла, обедненная в результате кристал­лизации силикатами щелочных металлов, насыщается натрием.

Электролиз стекла характерен в основном для спаев стекла с металлическими электродами, находящимися под различными потенциалами. Известно, что с повы­шением температуры электропроводность стекла повы­шается. Это объясняется тем, что различные силикаты, входящие в состав стекла, диссоциируют на ионы (на­пример на ионы Na^+I, K^+l, Са+² и др.), которые под дей­ствием разности потенциалов между впаянными в стек­ло электродами начинают перемещаться к аноду или к катоду в соответствии с их зарядами. Электропровод­ность стекла в основном определяется перемещением положительных ионов Na^+I и K^+l к отрицательному электроду (катоду).

В результате электролиза слои стекла вокруг катода обогащаются натрием и калием, а у анода увеличивается содержание S1O2. Это приводит к тому, что КТР стек­ла около спаев сильно изменяется и спай в конце кон­цов разрушается. Одновременно на катоде выделяется водород,  а на аноде — кислород, что приводит к восстановлению или окислению указанных электро­дов.

В свинцовых стеклах на катоде появляются черные отложения металлического свинца, который восстанав­ливается из окиси РЬО накапливающимися там щелоч­ными металлами.

Существуют следующие методы борьбы с электроли­зом стекла:

1)                применение с текла с высоким удельным электросопротивлением;

2)               увеличение расстояния между электродами;

3)                охлаждение спая.

Газовые пузыри на поверхности спая характерны главным образом для спаев металл — стекло. Можно вы­делить несколько причин возникновения газовых пузы­рей:

загрязнения поверхности спая; выделение газов из материалов спая; наличие примесей на поверхности металла, дающих при температуре спаивания реакции окисления с образованием газов: СО, CO2, SO2 и др.

Разрозненные газовые пузыри в спае не представляют большой опасности, так как они не нарушают его герметичности. Однако они понижают механическую прочность спая и способствуют возникновению в нем трещин и волосных каналов. Наличие цепочки газовых пузырей в спае, как правило, приводит к нарушению его герметичности.

Надежные спаи стекло — стекло и стекло — металл могут быть получены только при условии использования заготовок, удовлетворяющих требованиям к спаиваемым материалам. При выборе металла для спаивания со стеклом необходимо учитывать следующие его свойства: КТР, температуру плавления, химическую стойкость по отношению к различным газам и парам, механическую прочность, обрабатываемость, газовыделение и газопроницаемость, упругость паров в вакууме. Основные свойства некоторых металлов и сплавов для изготовления спаев со стеклом приведены в табл. 4.

Металлы, используемые для изготовления спаев со стеклом, должны иметь стабильную структуру во всем диапазоне рабочих температур. Пороки проката металлов (волосовины, закаты, флокены, включения) совершенно недопустимы.

Подготовка стеклянной детали спая заключается в оплавлении кромок торцевой плоскости заготовки или в ее шлифовке с последующей промывкой в воде и сушкой в термостате. Торцы стеклянных трубок шлифуют на вращающихся чугунных дисках, применяя абразивную кашицу. Подготовленные стеклянные заготовки бережно хранят до изготовления спая.

Материал, идущий на изготовление металлической детали спая, подвергают входному контролю на соответствие техническим условиям с определением КТР и выявлением скрытых дефектов. Из материала, прошедшего входной контроль, изготовляют детали, которые в дальнейшем проходят операции обезжиривания и травления. Чистота поверхности металлической детали должна находиться в пределах 5—7-го класса, определяемого по средней высоте неровностей поверхности. Чем больше средняя высота неровностей (шероховатость) поверхности, тем прочнее сцепление стекла с металлом. В то же время с увеличением шероховатости

поверхности затрудняется ее очистка и возрастает минимально допустимая толщина металлической детали. Для окончательной очистки поверхности и частичного обезгаживания металлические заготовки отжигают в вакууме или водороде.

Перед изготовлением спая металлические детали проходят операцию поверхностного окисления. От толщины окисной пленки на металлической детали зависит качество изготовленных спаев: при слишком большой или малой толщине окисной пленки спай получается ненадежным.

В процессе изготовления спая металл подвергают длительному нагреву при высокой температуре, что может привести к его переокислению. Для защиты металла от переокисления при изготовлении спаев применяют следующие способы:

1) предварительное покрытие поверхности металлической детали в зоне спаивания стеклянной пастой или эмалью;

2) создание пленки борированной закиси меди на поверхности детален из меди и других меденных металлов;

3) электролитическое осаждение па поверхности детали пленок других металлов: хрома, меди, серебра, золота;

4) изготовление спаев в среде защитного газа: азота, аргона, водорода, формиргаза и др.

При изготовлении спаев стекло — стекло и стекло — металл могут применяться следующие способы нагрева деталей: с помощью газовых горелок; индукционный нагрев токами высокой частоты (ТВЧ); нагрев в промышленных печах: муфельных, туннельных и т. п.; путем прямого пропускания электрического тока через металлическую деталь; газоэлектрический нагрев. 

содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..