D0I:10.13374/i.issn1001一053x.1980.01.007 北京钢铁学院学报 1980年第1期 陶瓷封接合金的匹配性研究 北京钢铁半院精密合金教研室李松茂葵秀凌 北京电子管厂三分厂技术组 陈树坤 摘 要 本文介绍了热膨胀示差法测量金属与陶瓷的封接应力的装置，参考陶瓷电子管 的制管工艺要求，用这种救备测定了两种Fe-Ni-Co膨胀合金<牌号4J29、4J33>、 无氧铜等与95%A1203陶瓷制成的封接件，在室温之800°C之问瓷件应变量随温度 的变化曲线，实验表明，对具有“因瓦反常”效应的4J29、4J33合金，室温封接应 力不是决定于在焊接温度时两种材料的膨胀差，而是决定于在合金居里温度<约 400°C>的膨胀差值，在此温度，合金的平均线膨胀系数越低于陶瓷，室温封接应 力越低，这一结果和用电阻应变仪法测量的相一致，封接过程中的应力松弛作用表 明了产生这种现象的原因。实验还表明，在高温下的焊料变形和无氧铜的塑性变形 ”·均对封接应力有显著影响。 随着陶瓷电子管及器件的发展，陶瓷封接合金的种类不断增加；但是，现在还没有一种 合金，在封接要求的温度范围内的膨胀系数与一种真空陶瓷完全一致，这种差别必然产生电 子管的宏观封接内应力。室松(1)等根据薄壳结构理论，计算出了单面平封时金属弯曲刚性 为∞、0情形下瓷环内的最大轴向弯曲应力。而瓷环轴向弯曲应力¤M、径向应力·，及园周 应力o。的分布状态如图1，Sandford ScoLe〔2)用电阻应变仪测量了封接瓷环的室温 图1封接瓷环的室温应力(a金属>a陶瓷) 应力，BaTHrHI B、H〔3)〔4)用这种方法测定了封接金属的室温应力，与他的理论计算 结果相一致，他还计算了夹封结构的高温应力，如图2所示，图2给出了用Ag-C“焊料 <熔点779°C>把无氧铜和陶瓷高温焊接后，在封接降温及重新加热时的应力一温度关系曲 线，计算说明封接降温过程中，金属变形量超过了弹性极限，重新加热时出现张应力状态， 但是没有高温封接应力实际测量结果。他的著作还给出了焊料的高温松弛曲线，这些曲线是 用模拟实验测定的。BaTHrN B、H等人的工作说明，必须综合考虑材料的膨胀性能，力 学性能及焊料的松弛作用等对封接应力的影响，需通过实际测定制管过程中的封接应力，才 能更好地确定封接金属的匹配性。 59北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 9 8 1 1 0 陶瓷封接合金的匹配性研究 北 京钢铁 学院精 密合 金 教研 室 李松茂 婆 秀凌 北京 电子 管厂 三 分厂 技 术组 陈树坤 摘 要 本文介绍 了 热膨胀 示 差法 测量 金属 与陶瓷的封 接应 力 的装置 , 参考陶 资电子 管 的 制 管工 艺 要 求 , 用 这种视备 测 定 了 两种 F e 一 N 卜 C 。 膨胀合 金 < 牌号 4 2J 9 、 4 3J 3 > 、 无 氧铜等 与9 5 % A I : 0 3 陶瓷制成 的封接件 , 在 室温之8 0 0 O C 之 间瓷件应 变量 随温 度 的变化 曲线 , 实验 表明 , 对具 有 “ 因互 反常 ” 效 应 的4 J 2 9 、 4J 3 合 金 , 室温 封接应 力不 是 决定 于在 焊 接温 度 时 两 种材 料 的膨 胀差 , 而 是 决定于 在合 金 居 里 温 度 < 约 40 0 0 C > 的膨胀 差值 , 在此温度 , 合 金 的平 均 线 膨胀 系数 越低于陶 瓷 , 室温 封接 应 力越低 , 这 一 结 果和 用 电 阻应 变仪 法 测量 的相一 致 , 封接过程 中的应 力松 弛作用表 明 , 了产生这 种现 象 的原 因 。 实验 还表明 , 在 高温下 的焊 料变形 和 无 氧铜 的塑性变形 、 均对封接应 力有 显著影 响 。 随 着陶 瓷 电子 管 及 器件的发展 , 陶 瓷封接 合金 的种 类不断 增加 , 但是 , 现在还 没有一种 合金 , 在 封接 要求 的温 度范围内的膨胀 系数 与一 种真空 陶瓷完全一 致 , 这种差 别 必然产生 电 子管 的宏 观封 接内 应 力 。 室 松〔1 〕等根 据 薄 壳结 构 理论 , 计 算出 了单面 平封时 金属 弯曲刚性 为 o0 、 仓清形下 瓷环 内的最 大轴 向弯 曲应 力 。 而 瓷环轴 向弯曲应 力 o M 、 径 向应 力 a r 及 园周 应力。 。的分布状 态如图 1 , S a n d f o r d S 。 。 L e 〔幻 用 电阻 应 变仪测 量 了 封接瓷环 的室温 口认 入 只 入 入 入 例 x 又 义 油山 穿 丫 丫 丫 甘、 了 甘 丫 一 l丫 K 入 洲 义 洲 乙 交 l 除 丫 丫 丫 丫 丫 丫 丫 杰、 l 曰 图 l 封接瓷环 的 室温 应 力( a 金 属> a 陶瓷 ) 应 力 , B aT o r IH ; B 、 H 〔3〕〔4〕用 这 种方 法 测定 了 封 接金 属的 室温 应 力 , 与他 的 理 论计算 结果 相一 致 , 他 还 计 算了夹封结构 的 高 温应 力 , 如 图 2 所示 , 图 2 给出了 用 A g 一 C u 焊料 < 熔 点 7 7 9 O C > 把无 氧铜 和 陶瓷 高温 焊接后 , 在 封接降 温及 重 新加热时的应 力一温度关系曲 线 , 计算说 明封 接 降温过程 中 , 金 属变 形量 超过 了弹性 极限 , 重新 加热 时出 现张 应 力状 态 , 但是没有 高温 封接应 力 实际 测量 结 果 。 他 的著作还 给 出 了焊 料的高温松 弛曲 线 , 这些 曲线是 用 模 拟实验 测 定 的 。 B aT 、 r 二 H B 、 H 等 人 的工 作 说 明 , 必 须综 合考虑材 料 的膨 胀性能 , 力 学性能 及焊料的松 弛作用等对封接应 力的影响 , 需通过 实际 测定 制管过 程 中的封 接应 力 , 才 能更 好地 确定 封接金 属 的匹 配性 。 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1980. 01. 007