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(shí)會(huì )用到玻璃與玻璃、石英與石英的封接工藝。在設計和制造玻璃真空系統時(shí),需要考慮系統的玻璃管道封接、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(guò)程實(shí)現封接,溫度應升高到超過(guò)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。在很寬的溫度變化范圍內,膨脹系數必須相匹配。不同組分玻璃間封接成功的條件是:平均膨脹系數之差小于10%;轉變溫度相近;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(shí)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,防止玻璃內部的局部應力劇增引起炸裂,然后加氧氣,使手燈中噴出尖而細的高溫火焰,燒熔欲連接部位,使接頭熔燒在一起,待整個(gè)接頭都連在一起時(shí)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之差過(guò)大而不能封接時(shí),可使用膨脹系數處于它們之間的過(guò)渡玻璃,形成分級過(guò)渡封接。軟硬玻璃間的封接,需要使用多級(可達7級)過(guò)渡玻璃,在每級的接頭處平均膨脹系數之差必須小于10%,并且要求玻璃壁厚相等。過(guò)渡封接的每級長(cháng)度L應足夠長(cháng),充分消除端部應力。每級封接長(cháng)度的安全條件為

L ≥ 0.85(ah)^1/2

式中　a——管子半徑

　      h ——壁厚

       為消除應力,任何接頭尤其是分級過(guò)渡接頭都應在爐內仔細退火。加熱到超過(guò)退火溫度,保溫盡可能長(cháng)的時(shí)間,大零件保溫一小時(shí),然后緩慢冷卻到室溫。

      另一種膨脹系數相近玻璃間的封接方法是采用玻璃焊料。封接時(shí)要求玻璃焊料(或稱(chēng)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(shí),焊料玻璃細粒懸浮于硝棉溶液內,用刷子或其它類(lèi)似方法涂敷到零件間的接頭處。然后,封接零件放在爐內加熱到焊接溫度,靠它們的自重壓緊在一起。焊料玻璃的膨脹系數必須與玻璃或陶瓷零件相匹配,相差不應大于7%。

       焊料玻璃有易熔和難熔兩類(lèi),前者封接溫度低于500℃,后者高于1000℃。易熔焊料玻璃從微觀(guān)結構來(lái)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,低溫封接高溫使用, 用來(lái)封接彩色顯像管屏錐�；旌蠎B(tài)的組成是PbO-Al₂O₃-B₂O₃和PbO-B i₂O_3-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(lái)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(cháng)期工作不會(huì )軟化,不變形,不折晶,耐堿金屬蒸汽腐蝕,用來(lái)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(lèi)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。