Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Более надежной является закладка проволоч- 4. Техника монтажа вакуумных систем ного припоя прямо в паз внутрь соедииеиия (рис. 59, б). Если массы деталей существенно отличаются, то паз нужно делать в более массивной детали. Количество припоя определяется диаметром проволоки и должно соответствовать площади спаиваемых поверхностей и ширине зазора [270!. При соединении разнородных металлов необходимо учитывать разницу в коэффициентах термического расширения. Например, при соединении труб снаружи следует помещать деталь из материала с ббльшим коэффициентом'с тем, чтобы после остываиия припой находился а состоянии сжатия.
Общие правила пайки аналогичны примеииемым при сварке. Например, необходимо избегать образования карманов между соединяемыми деталями, так как оии могут захватывать в себя некоторое количество воздуха и создавать кажущуюся течь. По этой причине иа соединение мож- IФгглрду ио накладывать только одно кольцо припоя. Очень важной для получе- у иия вакуумио-ялотного соединения л гг процедурой является предварительиае очистка деталей. При станочном )Грплргг рне. йе. Предннрнтеньное рнныещенне крякня дня нндукннонной пнакн ннн пайка н пенны а — наружное, е тепловым нкрнпон~ 4 но ннугреннен пнзе.
Рнс. Зэ. Раегекннне пряно»: а — дня прямоугольных дегеней; б— днн дегнней са скругненнынн кронкннн. 26х изготовлении деталей не рекомендуется применять масла, содержащие серу, поскольку никель и особенно сплавы КВ с Сп охотно образуют сульфиды по границам зерен. В результате получается слабое, хрупкое, легко растрескивающсеся соединение. Однако это влияние серы эффективно подавляется в присутствии хрома, как например, в случае нержавеющей стали. 4) Металлостеклиииые спаи. Спаи металла со стеклом широко использовались прежде, когда большинство вакуумных систем делалось из стекла.
После того, как основным конструкциоиным материалом стал металл, использование металлостекляиных спаев значительно сократилос~. В других областях применений их заменили металлокерамические спаи, обладающие большей механической прочностью, а также лучшей электриче. ской, термической и химической стабильностью. В настоящее время использование металлостеклявных спаев ограничено в основном иоиизациоипымн манометрами и окнами в прогреваемых металлических системах. Соединение двух таких разнородных материалов, как стекло и металл требует тщательного рассмотрения их физических и химических свойств. Обзор этих свойств вместе с общепринятыми методами пайки был сделан Ротом )248! и Колом !263!.
Поскольку спай формируется при высоких температурах и два материала по-разному меияют свои размеры при последую. шем охлаждении, на контакте появляются зиачительиые деформирующие усилия. Сглаживание этих напряжений и улучшение адгезии обычно Гл. 2. Техника. высокого вакуума достигается за счет предварительного окисленяя поверхности металла. Расплавленное стекло частично реагирует с этим окисным слоем, образуя с ннм прочное соединение. В какой-то мере напряжения снимаются прв отжиге.
При получении слоя окисла очень критичны температура и состав окружающей атмосферы, поскольку они в значительной мере определяют состав и толщину слоя. Толстые слои окисла бывают пористыми и имеют плохие механические свойства. Аналогичные проблемы возникают, если з результате процесса окмсления образуются высшие окислы металлов, не образующие таких прочных связей, как низшие. Это характерно длн такнк многовалеитных металлов, как Сп, Ре, Сг, Мо и %. Критерием хорошего качества сная служит окраска, придаваемая стеклу окислом.
Примеры такой оценки представлены з табл. 15. Более темные цвета обычно свидетельствуют о том, что спай переокислен и непрочен. Таблица !5 Цвета металлостеклянных спаев, свидетельствующие о хорошем качестве соединения цвет, яеблюаееммэ через стелло Метеля Металлический (слой окисча не образуется, прочность ограничена) Золотисто-пурпурный (цвет Сп,О, СнО— черного цвета) Зеленовато-серый Буровато. серый Зеленый Буро-зеленый Коричневый Желтовато-коричневый Сп 55 Ре, М1, СО Сг Ге, Н1, Сг Мо уч' Наиболее важным фактором, определяющим механические свойства металлостеклянного свая, является напряжение, возникающее на промежуточной поверхности из-эа разницы в термических коэффициентах расширения двух соединяемых материалов. При температуре пайки стекло находится в расплавленном состоянии и течет, не создавая напряжений.
Прн охлаждении это состояние сохраняется до тех пор, пока вязкость стекла не станет настолько высокой, что стекло перестанет течь. Происходит это прн так называемой температуре затвердевания стекла, которая при. блязительно на 20' С ниже температуры отжига. Последняя выбирается нз условия полного снятия наяряженнй в течение 15 мив. Получающиеся при комнатной температуре напряжения обусловлены разницей в степени сжатия при охлаждении ниже температуры эатвердевання. Обычно подобрать такое стенло, чтобы характеристики теплового расширения были идентичны -во всем интервале от 25' С и до температуры затвердезания, невозможно: Как видно парис. 60, относительноерасширеиие металла почти линейно с температурой, тогда как коэффициеят расширения стекла растет по мере приближения к температуре отжита.
Пользуясь такими кривыми теплового расширения, можно определить напрнження в свае, возникающие для данной пары металл — стекло. Графически это получает. 4. Тшсшпса моптшка вакуумных систем % аот ч! й $~ бб1 4 уу'и !!поели й '~шитгедиреелтге еееат стюг т Ънупреенай Внешний О© О а гг я5-Гееетюл П-гтлтеттее рис. а1. Поисрсчимо ссчсвва основити тао. «стрнчсскнк эорн нттаалостсвляннмк спаса. рис. ан. Криппс тспловото расаирсння стсаол н нателла. пз материалов, подобранных из условия нх термической совместимости то напряжение растяжения не выше 0,5 кг! мма считается вполне удовлетворительным. Это соответствует расхождению е относительном тепловом расширении в 0,0!оА или меньше во всем интервале от температуры затвердееания и до 25' С.
Допустимы напряжения до 1,5 кг)ммв, что соответствует расхождению е 0,05оА. Но такой спай нуждается в хорошем отжиге и скорее всего будет нарушен. Так называемые согласованные снап, свойства которых удовлетворяют критериям, обсуждавшимся выше, могут быть получены дла несколькнх комбинаций материалов. Легкоплавкие стекла, такие, каи нзвестковонатриевсе или свинцово.силикатное, хорошо спаиваютси с Р! сплавамн Ре — Н1, Ре-Сг и Ре — !т!1 — Сг.
Тугоплавкие стекла, кзк например боросиликатпое, требует более высоких температур и подбора металлов с малыми коэффнцнентамя теплового расширения таких, как Мо, 'тт' и сплавы Ре— Г!! — Со типа козара. Однако некоторые из этих сплавов прн определенных температурах претерпевают фззовые переходы и связанные с ними изменения коэффициентов расширения. Для козара это происходит при 435' С. В этна случаях необходимо использовать стекла, температура аатвердееання которых лежит ниже этой точки. Для плавленого кварца иа.аа его высокой температуры плавленяя н малого коэффнцнептатермнческого асширення (5 10-1 град-') получить согласованные спан ие удаетсн. еличипы напряжений, возникающих в сная«металла со стеклом, зависят также и от геометрии сная. Большая часть копфигураций сипев, вклю- ся пз рас. 60 соединением аертякальиой линией точек а или б, соответствующпх температурам затвердеван ия стекол,до пересечения с графиком рас ширепия металла соответственно в точках з и г.
Результирующие расхождении в кривых расширения йА и ЬБ прн 25' С представляют величину термвческого несоответствия нли напряженности сная. Если общее изменение размеров стекла меньше, чем у металла (стекло А на рис. 60), то стекло вспытывает напряжение сжатия параллельно поверхности И наоборот, стекло Б, изменение размеров которого больше, чем у металла, будет испытывать иацряжение растяжения. Стекло намного легче выдерживает сжатие, чем растяжение. Прочность стекла на растяжение — порядка 1000 кгlмма.
Царапины н другие нарушения поверхности, как известно, уменьшают эту величину на два-три порядка. Если спви нзготавлнвзютсп Гл. 2. Техника высокого вакуума чая бусинки, штабики, ленты, трубки или диски, могут быть сведены к одной из трех основных геометрических форм„ представленных на рис. 61. В плоском спае (рис. 61, а) имеют место как нормальные, так и танген. циальные напряжения. На рис. 61, б показаны впаянный в стекло металлический стержень или трубка, а на рнс.
61, л — диск, ноторый можно использовать в качестве смотрового окна. Обе цилиндрические конфигурации подвержены деформации в трех взаимно перпендикулярных направ. лениях, а именно; в нормальном и тангенциальном по отношению к поверхности раздела, а также в осевом, параллельном оси вращения цилиндра. В зависимости от относительных значений коэффициентов термического расширения эти компоненты напряжений могут быть либо сжимающими, либо растягивающими.
Различные возможные распределения напряжений представлены в табл. !6, Таблица 16 Возможные распределения напряжений в стекле для трех типов конфигураций металлостеклянных спаев (см. рис. 61) аст > амег ост ~ 'смет Тнп сная нормаль- ное нормаль- ное тангснцн. альное тангенцн- альное асесос мало мало растяже- ние то же сжатие растяже- ние сжатие сжатие растяже- ние сжатие растяже- ние то же 264 Поскольку благодаря большой прочности стекла при сжатии этот тнп усилия предпочтительнее,то спаи типа А или В для случая ссс < а т представляются наиболее приемлемыми для согласованных спасе. В нешйие цилиндрические спаи (типа Б) могут оказатьсв удовлетворительными, при условии, что термическое несоответствие мало (< 0,05с4), а прочность соединения металла со стеклом высока. Если условия получения согласованного спая выполнить не удается, то можно получить другой тип сная, в котором избыточные усилия снимаются пластической деформацией металла [27Ц.
Они могут быть изготовлены в форме стержней, лент, дисков или трубок с заточкой кромки как из легкоплавких, так и иэ тугоплавких стекол. Самым подходящим металлом в этом случае является медь, поскольку она обладает хорошей связью со стеклами и невысоким пределом текучести. В спаях этого типа могут использоваться также Р1, Ре н Мо. Наиболее распространенной формой несогласованного сная является трубчатая с заточкой кромки, представленная на рис. 62. Запаиваемый в стекло край металлической трубы заострен для минимизации сопротивления к деформации при усадке стекла. Обычно толщина заточенной кромки составляет 0,05 — 0,08 мм, а длина заточки вдвое превышает длину впаиввемой части. В зависимости от назначения соединения применяются наружные (стекло только снаружи металлической трубки), внутренние (втекло только внутри металлической трубки) или двусторонние спаи (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
