真空封接技術(shù)中的玻璃-玻璃封接工藝
在真空技術(shù)中有時會用到玻璃與玻璃、石英與石英的封接工藝。在設(shè)計(jì)和制造玻璃真空系統(tǒng)時,需要考慮系統(tǒng)的玻璃管道封接、管道與真空零件的封接。
同種和不同種玻璃材料之間靠熔融過程實(shí)現(xiàn)封接,溫度應(yīng)升高到超過玻璃的軟化點(diǎn)。玻璃是脆性材料,封接成功的關(guān)鍵參量是膨脹系數(shù)。在很寬的溫度變化范圍內(nèi),膨脹系數(shù)必須相匹配。不同組分玻璃間封接成功的條件是:平均膨脹系數(shù)之差小于10%;轉(zhuǎn)變溫度相近;彼此互溶。
玻璃之間的封接是借助于氧—煤氣火焰進(jìn)行燒熔連接的。真空系統(tǒng)的玻璃零件和管道一般均用DW2211、DW2308、95號等硬質(zhì)玻璃材料制作。連接時采用特制的氧—煤氣火焰手燈進(jìn)行操作,先用煤氣火焰烘烤玻璃的加工部位,防止玻璃內(nèi)部的局部應(yīng)力劇增引起炸裂,然后加氧氣,使手燈中噴出尖而細(xì)的高溫火焰,燒熔欲連接部位,使接頭熔燒在一起,待整個接頭都連在一起時略微降溫并吹氣,使連接部位的玻璃熔燒均勻,得到良好的成形,并用略帶氧氣的煤氣火焰退火,最后去掉氧氣用煤氣火焰烘烤退火。
兩件玻璃因其膨脹系數(shù)之差過大而不能封接時,可使用膨脹系數(shù)處于它們之間的過渡玻璃,形成分級過渡封接。軟硬玻璃間的封接,需要使用多級(可達(dá)7級)過渡玻璃,在每級的接頭處平均膨脹系數(shù)之差必須小于10%,并且要求玻璃壁厚相等。過渡封接的每級長度L應(yīng)足夠長,充分消除端部應(yīng)力。每級封接長度的安全條件為
L ≥ 0.85(ah)1/2
式中 a——管子半徑
h ——壁厚
為消除應(yīng)力,任何接頭尤其是分級過渡接頭都應(yīng)在爐內(nèi)仔細(xì)退火。加熱到超過退火溫度,保溫盡可能長的時間,大零件保溫一小時,然后緩慢冷卻到室溫。
另一種膨脹系數(shù)相近玻璃間的封接方法是采用玻璃焊料。封接時要求玻璃焊料(或稱焊料玻璃)的軟化點(diǎn)低于被封接玻璃的軟化點(diǎn)。例如封接蘇打玻璃用的焊料玻璃,其軟化點(diǎn)約為300℃～400℃。這種方法尤其適用于平面視窗或透鏡的封接。使用時,焊料玻璃細(xì)粒懸浮于硝棉溶液內(nèi),用刷子或其它類似方法涂敷到零件間的接頭處。然后,封接零件放在爐內(nèi)加熱到焊接溫度,靠它們的自重壓緊在一起。焊料玻璃的膨脹系數(shù)必須與玻璃或陶瓷零件相匹配,相差不應(yīng)大于7%。
焊料玻璃有易熔和難熔兩類,前者封接溫度低于500℃,后者高于1000℃。易熔焊料玻璃從微觀結(jié)構(gòu)來看,可分為玻璃態(tài)、微晶態(tài)和混合態(tài)三種。玻璃態(tài)的組成是PbO-B2O3和PbO-B2O3-R2O,低溫封接,低溫使用。微晶態(tài)的組成是以PbO-ZnO-B2O3為基礎(chǔ),低溫封接高溫使用, 用來封接彩色顯像管屏錐。混合態(tài)的組成是PbO-Al2O3-B2O3和PbO-B i2O3-B2O2系玻璃添加填料B2鋰霞石、B2鋰輝石、鈦酸鉛、鋯英石及堇青石等,用來封接鉬組材料和玻璃。難熔焊料玻璃組成是Al2O3-CaO系玻璃添加BaO、MgO、SrO、Y2O 3、B2O3、SiO2、Li2O等氧化物,在800℃～900B℃下長期工作不會軟化,不變形,不折晶,耐堿金屬蒸汽腐蝕,用來封接Al2O3瓷管和金屬鈮等。“高溫玻璃”封泥也能封接玻璃零件,與焊料玻璃相比,優(yōu)點(diǎn)是熔化后失透變成類陶瓷材料,具有很高的軟化點(diǎn)。這種接頭允許高溫除氣處理。
