玻璃焊料与金属封接技术Ξ张永爱,刘浩,袁坚武汉430070)(武汉理工大学硅酸盐研究中心,湖北摘要:介绍玻璃焊料与金属封接所需的条件。玻璃焊料的选择与相应的工艺参数对封接件质量起着重要作用。封接工艺包括对温度、封接时间、氧化的程度及氧化膜厚度等的控制。同时按玻璃焊料的结晶性能可分为结晶性封接和非结晶性封接,它们广泛用于电池、电子、医疗等关键词:玻璃焊料;封接;膨胀系数:TQ171.73+7文献标识码:A:1000-2871(2004)06-0034-04SealingofGlasstoMetalZHANGYongai,LIUHao,YUANJian(SilicateEngineeringResearchCenter,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)Abstract:Thispaperdescribessealingconditionsofglasstometal.Theselectionsofglasssoldersandthecorrespondingtechnologicalparametersareimportanttothequalityofthesealing.Theparametersincludetemperature,sealingtime,extentofoxidation,thicknessofoxidefilmandsoon.Crystallinesealingandnon-crystallinesealingarethemajortwotypesofglasssealing.GlassKeywords:glasssolders;sealing;coefficientofthermalexpansion随着近代科学技术的进展,玻璃的封接技术已成为制造各种高质量电光源、高真空电子管以及其它光电器件不可缺少的技术。同时能与玻璃进行封接的材料不断增加,如各种金属及合金、各种陶瓷和玻璃等。玻璃焊料-金属封接件由于具有许多优良的性能,如密封性好、耐压、耐腐蚀等,而广泛用于电池、电子、汽车、家电、医疗、照明、仪器仪表、军工等行业1,2。在实际生产中,为了使玻璃-金属封接件达到所要求的真空气密性(透气率)和较高的耐压强度,玻璃-1玻璃封接的条件玻璃或微晶玻璃和金属是两种性质根本不同的材料,若要将它们紧密地结合在一起,有许多基本要求。因而对于一种选定的金属,不是任意一种玻璃都可以用得上,必须满足一定的条件。其中最基本的条件是:1.1两者的膨胀系数要十分接近确切地说,玻璃和金属应从室温到低于玻璃退火温度上限的温度范围内,它们的膨胀曲线尽可能一致,这样就容易制得无应力的封接体。如果两者的膨胀速率和收缩速率不一样,则在封接体中无论玻璃或金属Ξ收稿日期:2003-11-07第32卷第6期玻璃与搪瓷·35·都能产生应力,当应力值超过玻璃的强度极限时,封接处即行开裂,导致元件漏气和失效。即使在短时间内没有开裂,但时间一长,由于玻璃体受不了应力的作用,也会逐渐产生微裂纹,这就是人们常说的慢性漏气。尤其当电子器件受到震动和碰撞时,微裂纹会迅速蔓延和扩展,导致封接件损坏。当然,要使两种材料的膨胀系数曲线完全一致是不可能的,因为金属的膨胀系数在没有物相变化的情况下几乎是个常数,而玻璃的膨胀系数在超过退火温度后会急剧上升。当温度超过软化点后,玻璃因处于粘滞状态,故应力会自动消失而使膨胀系数显得无关紧要。如果玻璃和金属的膨胀系数在整个温度范围内其差值不超过±10%3,应力便可控制在安全范围内,玻璃就不会炸裂。1.2必须使玻璃能润湿金属表面(即玻璃在金属表面能充分铺开)润湿性反映了两种物质之间的结合能力,从热力学角度而论,液体在固体表面上的流度由固体和液体表面张力和固液间张力决定,达到平衡状态时:σSL+σLGcosθ=σSGF=σLGcosθ=σSG-σSL式中σ,F———分别表示界面张力和润湿张力S,L,G———分别表示固相、液相和气相θ———润湿角由上式看出,润湿角θ越小,则润湿性能好。要使玻璃-金属封接前有很好润湿性能,金属的处理就显得尤为重要。而金属材料的处理包括两部分:清洁处理和热处理。1.2.1金属的清洁处理。金属材料在与玻璃封接前先要进行清洁处理,以除去金属表面的油脂、污物一般清洁处理按下列步骤进行:机械净化→去油→化学清洗(电化学清洗)→烘干⑴机械净化———借助于机械摩擦来部分地除去材料表面的各种化合物及粘附着的污物。常用的办法是用砂纸擦,有时也用肥皂擦洗。⑵去油———常用碱液和有机溶液去油。碱液有氢氧化钠和氢氧化钾,将之加热至70～80℃,与油脂发生皂化作用而达到去油的目的。⑶化学清洗———利用零件表面的污物在化学液体中的溶解来达到清洗的目的,可得到高度清洁的表面。⑷电化学清洗———它是将零件浸入特别...