Уплотнение стекло-металл

Урановое стекло, используемое в качестве вводных уплотнений в вакуумном конденсаторе.

Уплотнения стекло-металл — это тип механического уплотнения , которое соединяет стеклянные и металлические поверхности. Они являются очень важными элементами в конструкции электронных ламп , электроразрядных трубок , ламп накаливания в стеклянной капсуле , полупроводниковых диодов , герконовых переключателей , стеклянных окон в металлических корпусах, а также металлических или керамических корпусов электронных компонентов .

При правильном выполнении такое уплотнение является герметичным (способным выдерживать вакуум , хорошей электроизоляцией , особыми оптическими свойствами, например, для УФ-ламп). Для достижения такого уплотнения должны соблюдаться два свойства:

1. Расплавленное стекло должно быть способно смачивать металл, чтобы образовать прочную связь.
2. Тепловое расширение стекла и металла должно быть точно согласовано, чтобы уплотнение оставалось твердым при охлаждении сборки.

Если подумать, например, о металлической проволоке в уплотнителе стеклянной колбы, то металлический контакт со стеклом может сломаться, если коэффициенты теплового расширения (КТР) не совпадают. В случае, когда КТР металла больше КТР стекла, герметизация имеет высокую вероятность разрушения при охлаждении. При понижении температуры металлическая проволока сжимается сильнее, чем стекло, что приводит к сильному растягивающему усилию на стекле, что в конечном итоге приводит к его поломке. С другой стороны, если КТР стекла больше, чем КТР металлической проволоки, уплотнение затянется при охлаждении, поскольку к стеклу прилагается сила сжатия.

Имеющиеся в продаже уплотнительные и паяные стекла.

Данные о термическом расширении некоторых металлов и сплавов

В соответствии со всеми требованиями, которые необходимо выполнить, и острой необходимостью выравнивания КТР обоих материалов, существует всего несколько компаний, предлагающих специальное стекло для герметизации стекло-металл, например SCHOTT AG и Morgan Advanced Materials .

Соединение стекло-металл

Стекло и металл могут соединяться друг с другом чисто механическим путем, что обычно приводит к более слабым соединениям, или химическим взаимодействием, при котором оксидный слой на поверхности металла образует прочную связь со стеклом (само стекло примерно на 73% состоит из диоксида кремния). (SiO ₂ )) . Кислотно -основные реакции являются основной причиной взаимодействия стекла с металлом при наличии оксидов металлов на поверхности металла. После полного растворения поверхностных оксидов в стекле дальнейший ход взаимодействия зависит от активности кислорода на границе раздела. кислорода Активность можно повысить за счет диффузии молекулярного кислорода через некоторые дефекты, например трещины.

Кроме того, восстановление термодинамически менее стабильных компонентов в стекле (и высвобождение ионов кислорода) может увеличить активность кислорода на границе раздела. Другими словами, окислительно-восстановительные реакции являются основной причиной взаимодействия стекло-металл при отсутствии оксидов металлов на поверхности металла.

Для достижения вакуумной герметичности уплотнение не должно содержать пузырьков. Пузырьки чаще всего образуются из-за газов, выходящих из металла при высокой температуре; Поэтому дегазация металла перед его герметизацией важна, особенно для никеля, железа и их сплавов. Это достигается нагреванием металла в вакууме, иногда в атмосфере водорода, а в некоторых случаях даже на воздухе при температурах выше тех, которые используются в процессе герметизации. Окисление поверхности металла также снижает выделение газа. Большая часть выделяющегося газа образуется из-за присутствия углерода в металлах примесей ; их можно удалить нагреванием в водороде.

Связь стекло-оксид прочнее, чем стекло-металл. Оксид образует на поверхности металла слой, при этом доля кислорода меняется от нуля в металле до стехиометрии оксида и самого стекла. Слишком толстый оксидный слой имеет тенденцию быть пористым на поверхности и механически слабым, отслаиваться, ухудшая прочность соединения и создавая возможные пути утечки вдоль границы раздела металл-оксид. Поэтому правильная толщина оксидного слоя имеет решающее значение.

Медь

Металлическая медь плохо связывается со стеклом. Однако оксид меди(I) смачивается расплавленным стеклом и частично растворяется в нем, образуя прочную связь. Оксид также хорошо связывается с основным металлом. Но оксид меди(II) вызывает слабые соединения, которые могут протекать, и его образование необходимо предотвратить.

Для приклеивания меди к стеклу поверхность должна быть должным образом окислена. Оксидный слой должен иметь нужную толщину; слишком мало оксида не обеспечит достаточно материала для закрепления стекла, слишком много оксида приведет к разрушению оксидного слоя, и в обоих случаях соединение будет слабым и, возможно, негерметичным. Для улучшения сцепления со стеклом оксидный слой следует борировать; это достигается, например, погружением горячей части в концентрированный раствор буры и последующим ее повторным нагреванием в течение определенного времени. Эта обработка стабилизирует оксидный слой, образуя на его поверхности тонкий защитный слой бората натрия , поэтому оксид не становится слишком толстым во время последующей обработки и соединения. Слой должен иметь равномерный блеск от темно-красного до фиолетового. Оксид бора из борированного слоя диффундирует в стекло и снижает его температуру плавления. Окисление происходит за счет диффузии кислорода через расплавленный слой бората и образования оксида меди(I), при этом образование оксида меди(II) ингибируется.

Уплотнение медь-стекло должно выглядеть ярко-красным, почти алым; Также допустимы розовый, хересный и медовый цвета. Слишком тонкий слой оксида кажется светлым, вплоть до цвета металлической меди, а слишком толстый оксид выглядит слишком темным.

Бескислородную медь необходимо использовать, если металл вступает в контакт с водородом (например, в трубке, наполненной водородом , или при обращении с пламенем). Обычно медь содержит небольшие включения оксида меди(I) . Водород диффундирует через металл и вступает в реакцию с оксидом, восстанавливая его до меди и образуя воду. Однако молекулы воды не могут диффундировать через металл, задерживаются в месте включения и вызывают охрупчивание .

Поскольку оксид меди(I) хорошо связывается со стеклом, его часто используют в комбинированных стеклометаллических устройствах. Пластичность меди можно использовать для компенсации несоответствия температурного расширения, например, в ножевых уплотнениях. Для ввода проволоки часто используют проволоку Дюмет – сплав никеля и железа, покрытый медью. Однако его максимальный диаметр ограничен примерно 0,5 мм из-за теплового расширения.

Медь можно приклеить к стеклу без оксидного слоя, но полученное соединение будет менее прочным.

Платина

Платина имеет такое же тепловое расширение, как и стекло, и хорошо смачивается расплавленным стеклом. Однако он не образует оксидов, поэтому прочность его связи ниже. Пломба имеет металлический цвет и ограниченную прочность.

Золото

Как и платина, золото не образует оксидов, которые могли бы способствовать склеиванию. Поэтому связи стекло-золото имеют металлический цвет и слабы. Золото, как правило, используется для изготовления стеклянно-металлических пломб очень редко. Существуют специальные составы известково-натриевых стекол, соответствующие тепловому расширению золота, содержащие триоксид вольфрама и оксиды лантана, алюминия и циркония.

Серебро

Серебро образует на своей поверхности тонкий слой оксида серебра . Этот слой растворяется в расплавленном стекле и образует силикат серебра , способствуя прочной связи.

Никель

Никель может связываться со стеклом либо как металл, либо через слой оксида никеля (II) . Металлическое соединение имеет металлический цвет и низкую прочность. Соединение оксидного слоя имеет характерный зелено-серый цвет. Никелирование можно использовать так же, как и меднение, для улучшения сцепления с основным металлом.

Железо

Железо лишь изредка используется для проходных соединений, но часто покрывается стекловидной эмалью , где граница раздела также представляет собой связку стекло-металл. Прочность связи также определяется характером оксидного слоя на его поверхности. Присутствие кобальта в стекле приводит к химической реакции между металлическим железом и оксидом кобальта , в результате чего оксид железа растворяется в стекле, а кобальт сплавляется с железом и образует дендриты , врастающие в стекло и улучшающие прочность связи.

Железо нельзя приваривать непосредственно к свинцовому стеклу , так как оно вступает в реакцию с оксидом свинца и восстанавливает его до металлического свинца. Для герметизации свинцового стекла оно должно быть покрыто медью или использовать промежуточное бессвинцовое стекло. Железо склонно к образованию пузырьков газа в стекле из-за остаточных примесей углерода; их можно удалить нагреванием во влажном водороде. Также рекомендуется покрытие медью, никелем или хромом.

Хром

Хром — высокореактивный металл, присутствующий во многих сплавах железа. Хром может вступать в реакцию со стеклом, восстанавливая кремний и образуя кристаллы силицида хрома, прорастающие в стекло и скрепляющие металл и стекло, улучшая прочность связи.

Журнал

Ковар , железо-никель-кобальтовый сплав, имеет низкое тепловое расширение, подобное высокоборосиликатному стеклу , и часто используется для стеклометаллических уплотнений, особенно для применения в рентгеновских трубках или стеклянных лазерах. Он может связываться со стеклом через промежуточный оксидный слой из оксида никеля (II) и оксида кобальта (II) ; доля оксида железа невелика из-за его восстановления кобальтом. Прочность связи сильно зависит от толщины и характера оксидного слоя. Присутствие кобальта облегчает плавление и растворение оксидного слоя в расплавленном стекле. Серый, серо-синий или серо-коричневый цвет указывает на хорошую герметизацию. Металлический цвет указывает на отсутствие оксида, а черный цвет указывает на чрезмерно окисленный металл, что в обоих случаях приводит к слабому соединению.

Молибден

Молибден связывается со стеклом через промежуточный слой оксида молибдена (IV) . Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения, соответствующему стеклу, молибден, как и вольфрам, часто используется для соединения стекло-металл, особенно в сочетании с алюмосиликатным стеклом. Его высокая электропроводность делает его превосходящим сплавы никель-кобальт-железо. В светотехнической промышленности его предпочитают в качестве проходных отверстий для лампочек и других устройств. Молибден окисляется гораздо быстрее, чем вольфрам, и быстро образует толстый оксидный слой, который плохо прилипает, поэтому его окисление должно быть ограничено только желтоватым или, самое большее, сине-зеленым цветом. Оксид летуч и испаряется в виде белого дыма при температуре выше 700 °C; избыток оксида можно удалить нагреванием в инертном газе (аргоне) при температуре 1000 °С. Молибденовые ленты используются вместо проводов там, где необходимы более высокие токи (и более высокие сечения проводников).

вольфрам

Вольфрам связывается со стеклом через промежуточный слой оксида вольфрама (VI) . Правильно сформированная связь имеет характерный медный/оранжевый/коричнево-желтый цвет в безлитиевых стеклах; в литийсодержащих стеклах связь имеет синий цвет из-за образования вольфрамата лития . Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения, соответствующему стеклу, вольфрам часто используется для соединения стекло-металл. Вольфрам образует удовлетворительные связи со стеклами с аналогичным коэффициентом теплового расширения, такими как высокоборосиликатное стекло . Поверхность как металла, так и стекла должна быть гладкой, без царапин. Вольфрам имеет самый низкий коэффициент расширения среди металлов и самую высокую температуру плавления.

Нержавеющая сталь

304 Нержавеющая сталь образует связь со стеклом через промежуточный слой оксида хрома (III) и оксида железа (III) . Возможны дальнейшие реакции хрома с образованием дендритов силицида хрома. Однако коэффициент теплового расширения стали сильно отличается от коэффициента теплового расширения стекла; как и в случае с медью, эту проблему можно решить, используя ножевые уплотнения (Houskeeper).

Цирконий

Циркониевую проволоку можно приварить к стеклу, приложив лишь небольшую обработку – натирание наждачной бумагой и кратковременное нагревание в огне. Цирконий используется в тех случаях, когда требуется химическая стойкость или отсутствие магнетизма.

Титан

Титан , как и цирконий, можно приклеить к некоторым стеклам при минимальной обработке.

Индий

Индий и некоторые его сплавы можно использовать в качестве припоя, способного смачивать стекло, керамику и металлы и соединять их вместе. Индий имеет низкую температуру плавления и очень мягок; Мягкость позволяет ему пластически деформироваться и поглощать напряжения из-за несоответствия температурного расширения. Благодаря очень низкому давлению пара индий находит применение в стеклометаллических уплотнениях, используемых в вакуумной технике. и криогенные применения.

Галлий

Галлий — мягкий металл с температурой плавления 30 °C. Он легко смачивает стекла и большинство металлов и может использоваться для уплотнений, которые можно собирать/разбирать при незначительном нагревании. Его можно использовать в качестве жидкостного уплотнения при высоких температурах или даже при более низких температурах при легировании другими металлами (например, галинстаном ).

Меркурий

Ртуть представляет собой металлическую жидкость при нормальной температуре и не смачивает стекло. Он использовался как самое раннее уплотнение стекло-металл и до сих пор используется для жидкостных уплотнений , например, для вращающихся валов.

Меркурийная печать

-металл была герметизация вакуума в барометре Торричелли Первым технологическим применением уплотнения стекло . Жидкая ртуть смачивает стекло и, таким образом, обеспечивает герметичное уплотнение. Жидкая ртуть также использовалась для герметизации металлических выводов первых ртутных дуговых ламп в лампах из плавленого кварца .

Менее токсичной и более дорогой альтернативой ртути является галлий .

Для вакуумной герметизации вращающихся валов можно использовать ртутные и галлиевые уплотнения.

Платиновая проволочная пломба

Следующим шагом было использование тонкой платиновой проволоки . Платина легко смачивается стеклом и имеет такой же коэффициент теплового расширения, как и обычное натриево-известковое и свинцовое стекло . С ним также легко работать, поскольку оннеокисляемость и высокая температура плавления. Этот тип уплотнений использовался в научном оборудовании на протяжении всего XIX века, а также в первых лампах накаливания и радиолампах.

Проволочная пломба Дюмет

Основная статья: Дюмет

В 1911 году была изобретена проволочная пломба Дюме, которая используется до сих пор. обычная практика герметизации медных выводов через натриево-известковое или свинцовое стекло .

Если медь надлежащим образом окисляется до того, как она смачивается расплавленным стеклом, можно получить вакуумно-плотное уплотнение с хорошей механической прочностью. После окисления меди ее часто окунают в раствор буры , поскольку борирование меди помогает предотвратить чрезмерное окисление при повторном попадании в пламя. Простая медная проволока непригодна для использования, поскольку ее КТР намного выше, чем у стекла. Таким образом, при охлаждении на границу раздела стекло-металл действует сильная растягивающая сила, и она разрушается.

Интерфейсы стекло и стекло-металл особенно чувствительны к растягивающим напряжениям. Дюмет-проволока представляет собой медную плакированную проволоку (25% меди по массе) с сердечником из никель-железного сплава 42 (42% никеля по массе). Сердечник с низким КТР позволяет производить проволоку с радиальным КТР ниже, чем линейный КТР стекла, так что граница раздела стекло-металл испытывает низкое напряжение сжатия. Также невозможно отрегулировать осевое тепловое расширение проволоки. Из-за гораздо более высокой механической прочности никель-железного сердечника по сравнению с медным, осевой КТР провода примерно такой же, как и у сердечника. Таким образом, возникает напряжение сдвига , которое ограничивается безопасным значением из-за низкой прочности меди на растяжение. По этой же причине Dumet пригоден только для проволоки диаметром менее 0,5 мм.

В типичном уплотнении Дюме через основание вакуумной трубки короткий кусок проволоки Дюме приваривается встык к никелевой проволоке на одном конце и к медной проволоке на другом конце. При прессовании основания из свинцового стекла проволока Дюмета и короткая часть никелевой и медной проволоки заключаются в стекло. Затем никелевая проволока и стекло вокруг проволоки Дюмета нагреваются газовым пламенем , и стекло приваривается к проволоке Дюмета.

Никель и медь не обеспечивают герметичность вакуума на стекле, а поддерживаются механически. Стыковая сварка также позволяет избежать проблем с утечками газа на границе между жилой проволоки и медью.

Уплотнение медной трубки

Три типа уплотнений медных трубок (из Технического журнала Bell System , 1922 г.). В А край меди не соприкасается со стеклом. В вариантах B и C медь обрабатывается так, чтобы острая кромка ножа контактировала со стеклом, при этом стекло либо внутри (B), либо снаружи (C) меди.

Другая возможность избежать сильных растягивающих напряжений при герметизации меди через стекло — использование тонкостенной медной трубки вместо сплошной проволоки. Здесь на границе раздела стекло-металл возникает напряжение сдвига, которое ограничивается низкой прочностью на растяжение меди в сочетании с низким растягивающим напряжением. Медная трубка нечувствительна к высокому электрическому току по сравнению с уплотнением Дюме, поскольку при нагревании растягивающее напряжение превращается в сжимающее напряжение, которое снова ограничивается прочностью меди на растяжение. Также через медную трубку можно провести дополнительный сплошной медный провод. В более позднем варианте только короткий участок медной трубки имеет тонкую стенку, а усадка медной трубки при охлаждении затруднена керамической трубкой.внутри медной трубки.

Если на стекло необходимо прикрепить большие детали из меди, такие как медный анод с водяным охлаждением мощной радиопередающей трубки или рентгеновской трубки, исторически использовалось уплотнение с ножевой кромкой Houskeeper. Здесь конец медной трубки обрабатывается острой ножевой кромкой, изобретенной О. Крухом в 1917 году. В методе, описанном В. Г. Хаускипером, внешняя или внутренняя частьМедная трубка до самой кромки ножа смачивается стеклом и соединяется со стеклянной трубкой . В более поздних описаниях лезвие ножа просто смачивается стеклом на глубину нескольких миллиметров, обычно глубже внутри, а затем соединяется со стеклянной трубкой .

Если медь приклеена к стеклу, желательно приобрести тонкую ярко-красную медь.
_{Слой, содержащий 2} O , между медью и стеклом. Это делается борированием. По методу У. Дж. Скотта вольфрамовую проволоку с медным покрытием погружают примерно на 30 с в хромовую кислоту изатем тщательно промывают проточной водопроводной водой. Затем его опускают в насыщенный раствор буры и нагревают до ярко-красного каления.в окислительной части газового пламени. Возможна последующая закалка в воде и сушка. Другой метод – окислениеслегка поместить медь в газовое пламя, а затем окунуть ее в раствор буры и дать высохнуть. Поверхность борированногомедь в горячем состоянии черная, а при охлаждении становится темно-винно-красной.

Также возможно сделать яркую герметизацию между медью и стеклом, где можно увидеть пустую медную поверхность через стекло, но это дает меньшее прилегание, чем герметизация с красной медью.
₂ O. Слой, содержащий Если стекло расплавилосьмедь в восстановительной водородной атмосфере уплотнение крайне слабое. Если медь необходимо нагревать в водородсодержащей атмосфере, например, в газовом пламени, этодолжен быть бескислородным, чтобы предотвратить водородное охрупчивание. Медь, предназначенная для использования в качестве электрического проводника, не обязательно бескислородна.и содержит частицы Cu
₂ O , которые реагируют с водородом, который диффундирует в медь с образованием H
₂ O , который не может диффундировать за пределымедь и, таким образом, вызывает охрупчивание. Медь, обычно используемая в вакууме, представляет собой очень чистую медь OFHC (бескислородная, с высокой проводимостью).качество, которое не содержит Cu
₂ O и раскисляющие добавки, которые могут испаряться при высокой температуре в вакууме.

Медное уплотнение диска

В медном дисковом уплотнении, предложенном WG Houskeeper, конец стеклянной трубки закрыт круглым медным диском. Дополнительное кольцо из стекла на противоположной стороне диска увеличивает возможную толщину диска более чем до 0,3 мм. Наилучшая механическая прочность достигается, если обе стороны диска приварены к стеклянной трубке одного типа и обе трубки находятся под вакуумом. Дисковое уплотнение представляет особый практический интерес, поскольку представляет собой простой метод герметизации боросиликатного стекла с низким коэффициентом расширения без необходимости использования специальных инструментов или материалов. Ключом к успеху является правильное борирование, нагрев соединения до температуры, максимально близкой к температуре плавления меди, и замедление охлаждения, по крайней мере, путем упаковки узла в стекловату, пока он еще раскален докрасна.

Соответствующее уплотнение

Соответствующие уплотнения стекло-металл

В подобранном уплотнении тепловое расширение металла и стекла одинаково. Вольфрамовую проволоку с медным покрытием можно использовать для герметизации боросиликатного стекла с низким коэффициентом теплового расширения, который соответствует вольфраму. Вольфрам покрывается электролитическим меднением и нагревается в атмосфере водорода, чтобы заполнить трещины вольфрама и получить подходящую поверхность для легкого приклеивания к стеклу. Боросиликатное стекло обычной лабораторной посуды имеет меньший коэффициент теплового расширения, чем вольфрамовое, поэтому для получения герметичного уплотнения необходимо использовать промежуточное уплотняющее стекло.

Существуют комбинации стекла и сплавов железо-никель-кобальт ( Ковар ), где даже нелинейность теплового расширения согласована. Эти сплавы можно приклеивать непосредственно к стеклу, но тогда окисление имеет решающее значение. Также недостатком является их низкая электропроводность. Поэтому их часто покрывают золотом. Также возможно использовать серебряное покрытие, но тогда необходим дополнительный слой золота в качестве барьера для диффузии кислорода, чтобы предотвратить образование оксида железа.

Хотя существуют сплавы Fe-Ni, тепловое расширение которых соответствует вольфраму при комнатной температуре, они бесполезны для герметизации стекла из-за слишком сильного увеличения их теплового расширения при более высоких температурах.

В герконах используется согласованное уплотнение из железо-никелевого сплава (NiFe 52) и согласованного стекла. Стекло герконов обычно зеленое из-за содержания железа, поскольку герметизация герконов осуществляется путем нагревания инфракрасным излучением, и это стекло демонстрирует высокое поглощение в ближнем инфракрасном диапазоне.

Электрические соединения натриевых ламп высокого давления, светло-желтых ламп уличного освещения, выполнены из ниобия, легированного 1% циркония.

Исторически сложилось так, что некоторые телевизионные электронно-лучевые трубки изготавливались с использованием воронки из трехвалентной стали и стекла, подобранного по расширению к трехвалентной стали. Используемая стальная пластина имела на поверхности диффузионный слой, обогащенный хромом, полученный путем нагрева стали вместе с оксидом хрома в атмосфере, содержащей HCl. В отличие от меди чистое железо не имеет прочной связи с силикатным стеклом. Кроме того, техническое железо содержит некоторое количество углерода, который образует пузырьки CO при приклеивании его к стеклу в окислительных условиях. Оба являются основным источником проблем при нанесении технической эмали на сталь и делают прямые уплотнения между железом и стеклом непригодными для применения в условиях высокого вакуума. Оксидный слой, образующийся на хромсодержащей стали, может герметично герметизировать вакуум со стеклом, а хром сильно реагирует с углеродом. Посеребренное железо использовалось в первых микроволновых лампах.

Можно изготовить согласованные уплотнения между медью или аустенитной сталью и стеклом, но силикатное стекло с таким высоким тепловым расширением особенно хрупко и имеет низкую химическую стойкость.

Галогенная лампа с уплотнением из молибденовой фольги.

Уплотнение из молибденовой фольги

Другим широко используемым методом герметизации стекла с низким коэффициентом теплового расширения является использование полосок тонкой молибденовой фольги. Это можно сделать с помощью согласованных коэффициентов теплового расширения. Тогда края полоски также должны быть острыми. Недостаток здесь заключается в том, что кончик края, который является локальной точкой высокого растягивающего напряжения, проходит через стенку стеклянного контейнера . Это может привести к снижению утечек газа. В ножевом уплотнении между трубками край находится либо снаружи, внутри, либо заглублен в стеклянную стенку.

Траектории напряжений в компрессионном уплотнении стекло-металл с двумя металлическими выводами

Компрессионное уплотнение

Полугерметичный многополюсный ввод компрессора (компрессионное уплотнение стекло-металл)

Еще одним вариантом конструкции уплотнения является компрессионное уплотнение. Этот тип уплотнения стекло-металл можно использовать для подачи через стенку металлического контейнера. Здесь проволока обычно соединяется со стеклом, которое находится внутри отверстия прочной металлической детали с более высоким коэффициентом теплового расширения. Компрессионные уплотнения выдерживают чрезвычайно высокое давление. и физическое напряжение, такое как механический и термический удар.

Хлорид серебра

Хлорид серебра , который плавится при 457°С, связывается со стеклом, металлами и другими материалами и используется для вакуумных уплотнений. Даже если это может быть удобным способом герметизации металла со стеклом, это будет не настоящее уплотнение стекла с металлом, а скорее комбинация соединения стекла с хлоридом серебра и хлорида серебра с металлом; неорганическая альтернатива восковым или клеевым связям.

Аспекты дизайна

Кроме того, механическая конструкция уплотнения стекло-металл оказывает важное влияние на надежность уплотнения. В практических уплотнениях стекло-металл трещины обычно начинаются на границе раздела стекла и металла либо внутри, либо снаружи стеклянного контейнера. Если металл и окружающее стекло симметричны, трещина распространяется под углом от оси. Таким образом, если стеклянная оболочка металлической проволоки простирается достаточно далеко от стенки контейнера, трещина не пройдет через стенку контейнера, а достигнет поверхности на той же стороне, с которой она началась, и уплотнение не протечет, несмотря на трещина.

Еще одним важным аспектом является смачивание металла стеклом. Если тепловое расширение металла больше теплового расширениястекло, как и с уплотнителем Houskeeper, большой угол контакта (плохое смачивание) означает, что на поверхности стекла имеется высокое растягивающее напряжениерядом с металлом. Такие пломбы обычно ломаются внутри стекла и оставляют на металле тонкий слой стекла. Если угол контакта мал (хорошее смачивание)поверхность стекла повсюду испытывает напряжение сжатия, как эмалированное покрытие. Обычное натриево-известковое стекло не течет по меди при температуре ниже температуры плавления меди и, таким образом, не дает малого угла смачивания. Решение состоит в том, чтобы покрыть медь припаивать стекло с низкой температурой плавления и течь по меди, а затем прижимать мягкое натриево-известковое стекло к меди. Припой стекладолжно иметь коэффициент теплового расширения, равный или немного меньший, чем у натриево-известкового стекла. Классически с высоким содержанием свинцаиспользуются стекла, но их также можно заменить многокомпонентными стеклами, например, на основесистема Что
_2О - На
₂ O - K
₂ О - СаО - SiO
₂ - Б
₂2О
₃ - ZnO - TiO
₂ - БаО - Ал
₂2О
₃ .

См. также

• Герметическое уплотнение

Ссылки

• США 1083070 , Элдред, Б.Е., «Соединенный металл», опубликовано в 1913 г.  

• США 1140134 , Элдред, Бельгия, «Лампа накаливания», опубликовано в 1915 г.  

• США 1140135 , Элдред, Б.Е., «Способ производства изделий из сложных металлов», опубликовано в 1915 г.  

• США 1140136 , Элдред, Б.Е., «Провод с низким коэффициентом расширения», опубликовано в 1915 г.  

• США 1093997 , Краус, Калифорния, «Проводящее уплотнение для вакуумных контейнеров», опубликовано в 1914 г.  

• США 1498908 , Финк, К.Г., «Эвакуированный контейнер», опубликовано в 1924 г.  

• США 1268647 , Ван Керен, В.Л., «Ведущий дирижер», опубликовано в 1918 г.  

• DE 424133 , Крух О., «Герметичное соединение металлической крышки для источника питания в полых стеклянных корпусах», опубликовано в 1926 г.  

• US 1293441 , Houskeeper, WG, «Комбинированная конструкция из металла и стекла и способ ее изготовления», опубликовано в 1919 г.  

• США 1294466 , Домработница, WG, «Комбинированная конструкция из металла и стекла и способ ее изготовления», опубликовано в 1919 г.  

• Домработница, WG (1923), «Искусство герметизации недрагоценных металлов через стекло», J. Am. Инст. Электр. англ. , 42 (9): 954–960, doi : 10.1109/JoAIEE.1923.6593372

• США 1647620 , Холл, Р.Д., «Метод борирования проволоки Дюмет», опубликовано в 1927 г.  

• Рейманн, А.Л. (июнь 1946 г.), «Медно-вольфрамовые уплотнения через твердое стекло», J. Sci. Инструмент. , 23 (6): 121–124, Бибкод : 1946JScI...23..121R , doi : 10.1088/0950-7671/23/6/305

• Скотт, WJ (сентябрь 1946 г.), «Дизайн уплотнения стекло-металл», J. Sci. Инструмент. , 23 (9): 193–202, Бибкод : 1946JScI...23..193S , doi : 10.1088/0950-7671/23/9/301

• DE 1817839 , Egyesuelt Izzolampa, HU, «Провод питания для вакуумных технических стеклянных устройств», опубликовано в 1960 г.  

• Мёнх, Г.К. (1961), Новые и проверенные вещи из технологии высокого вакуума , Берлин. {{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

• Рот, А. (1966), Техники вакуумной герметизации , Оксфорд. {{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

• Коль, WH (1967), Справочник по материалам и технологиям для вакуумных устройств , Нью-Йорк. {{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• US 6324870 , Чабин и др., «Способ и устройство для объединения стеклянной детали и металлической детали», опубликовано в 2001 г.  

• US 7102242 , Брикс и др., «Трубки из бессвинцового стекла, особенно для герметизации диодов и диодов, инкапсулированных в него», опубликовано в 2006 г.  

Внешние ссылки

• Герметизация стекла и металла