Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 70
Текст из файла (страница 70)
62). В последнем случае длину внутренней части спая рекомен- 4. Техянкв монтажа вакуумных снстем дуется делать вдвое длиннее наружной. Спан такого типа выполняются на основе медных трубок диаметром от 15 до !50 мм. Прн повторяющихся температурных циклах несогласованные спан нз-за постепенного увелнчення жесткости металла выходят вз строя.
Медные трубчатые спан выдерживают всего несколько сотен колебаннй температуры от 0 до 400' С. Кроме того, онн плохо переносят ударные нагрузкн н подвержены коррозии, По этим прнчннам несогласованные спан для большинства првмененнй заменяются согласованными на основе раалнчных сплавов железа, которые легче нзготавлнваются, являются механически прочнымн н менее чувствнтельнымн к перепадам температуры. Еще одним типом несогласованных спаев является компресснонное соединение.
Онв конструируются таким образом, чтобы стекло было сжато, используя Ннупленний снгйэгеги Рис. 63. Коакснальвмй «омирессионнмй метвллостекляинмй сная. Рис. ет. Трубеатмй несогласованный Ивусторонннй свай. тем самым ббльшую прочность стекла для этого тяпа деформации. Прнмер такого коакснального ввода представлен на рнс. 63.
Компрессня стекла имеет место, если коэффициент термического расшнрен ни внешнего металла больше, чем у стекла, а у последнего, в свою очередь, больше, чем у мате. риала внутреннего стержня. Соединения этого типа чаше всего выполняются так, чтобы один нз спаев был согласованным, а коэффициент расшнрення у наружного металла — больше, чем у внутреннего. Онн могут быть изготовлены также н на основе одного н того же металла, но тогда наружное кольцо должно быть толще, чем стержень, для того, чтобы стекло оставалось сжатым. ' В случае необходимости нспользовання стекол к металлов с существенно отличающимися характеристиками термического расшврення для изготовления прочных спаев необходимо распределить деформирующие усилия на большой длине.
Это удается сделать в переходных спаях, состовщнх нз нескольких стеклянных сегментов с постепенно меняющимся коэффициентом термического расширения. Онн сплавляются вместе таким образом, чтобы коэффициент расширения одного его конца был таким же, как у стекла, тогда как коэффициент расшнрення другого конца со. гласовывался бы с металлом. Переходные спин этого типа дорогн, нх стремятся делать длнннымн н достаточно сильно напряженнымн сжатием.
Меньшую длину имеют недавно предложенные варианты спаев: сннтернрованный н нмпрегннрованный. Первый получается прессовкой колец нз стеклянных порошков с различными коэффициентами расшнрення н после. дующим нх сплавленнем. Во втором постепенное изменение состава до. стнгается погружением пористого остова спая нз сннтернрованного квар. Гл. 2. Текннка высокого вакуума цевого порошка в щелочной раствор борной кислоты, проникающий за счет капиллярного эффекта внутрь остова.
Последующий прогрев приводит к образованию перехода с постепенным изменением коэффициента термического расширения. Такие импрегнированные спан используются для соединения кварца с металлами типа козара или вольфрама, а также для переходов с одного типа стекла на другой. 5) Металлокерамнческне спан. С металлами может быть соединена н керамика, которая может быть изготовлена с хорошей точностью в аиде плоских, цилиндрических, трубчатых и других более сложных деталей. Получающиеся в результате металлокерамическае спан сочетают в себе прекрасные изоляционные свойства, химическую инертность, стойкость к тепловым и механическим воздействиям, свойственные керамике,с высокой проводимостью и технологичностью металла.
Поэтому металлокерамнческие спан при конструировании вакуумных систем находят широкое применение в качестве электрических вводов для термопар, нагревателей подложек и, что наиболее важно, вводов для передачи в вакуумную камеру высоких напряжений, необходимых для ионного распыления или на.
гревания электронным лучом. Для этих применений наиболее часто исполь. зуется алундовая керамика с содержанием А!аОз более 95зА. Она имеет механическую прочность около 20 кгlмм* на растяжение и почти на порядок большую иа сжатие. Для спаев с керамикой применяют бескислородную медь, молибден, никель, )ч'1 — Ре сплавы, монель, ковар н иногда некоторые марки нержавеющих сталей. Методы соединения керамики с металлами были развиты главным обра.
зом в свези с производством злектрозакуумных ламп. Обзоры методов получ. ння сплавов были сделаны Колом [263, 272), Ротом [248) и Эспе [273). В принципе процесс сводится к металлнзации керамической детали либо с последующей пайкой металлического компонента, либо сразу в процессе одного термического цикла. Адгезия и вакуумная плотность спая определяются рядом механизмов, таких как механическое сцепление металла с шероховатой поверхностью керамики, химические реакции, диффузия в твердых телах н остекловывание поверхности. Как и в случае металлостекляниых спаса, дла предотвращения чрезмерных напряжений необходимо согласовывать коэффициенты термического расширения обоих материалов спая. Рассматриваемый здесь температурный интервал распространяется от 25' С вплоть до температуры расплавления материала припоя.
Кроме того, поскольку керамика имеет большую прочность на сжатие, чем на растяжение, то необходимо подбирать коэффициенты расширения и геометрию сная такими, чтобы в результате в керамике создавались преимущественно сжимающие напряжения. Часто для металлоиерамиче. ских спаса применяется метод синтернрования металлического порошка нли молибдеио-марганцевый процесс. Здесь керамический компонент сна. чала покрывается пастой, составленной из смеси порошков — 4 весовые части молибдена и 1 весовая часть марганца с биидером н растворителями. Слой толщиной от 25 до 50 мкм высушнвается и впекается в атмосфере влажного водорода з течение 30 мнн прн температурах в интервале 1300— 1800' С в зависимости от используемых материалов.
В результате последующего осаждения 50 — 100 мкм никеля или меди и повторного вжигания в водороде прн 1000' С получается слой, пригодный для спайки с металлом. Прочность нз растяжение такого металлического покрытия по порядку величины равна !О кг!ммз. Для пайки обычно используются эвтектические сплавы Ай — Сн и Ап — )4! [см. табл. 14). Кроме того, для получения спаев применяютса также метод пайки с помощью активных металлов и во.
дородный процесс. Первый основан на образовании прочной связи с иерамнческими окислами с помощью химически.активных металлов, таких как 4. еекника моитлжа вакуумных систем тантал кдн цирконий, присутствующих в припое. В этом случае предварительная металлизация керамяки не требуется. В гидридном процессе спад формируется в течение одного термического цикла, а порошок химичесвн активного металла вводится между керамикой н припоем в виде гидридов. По геометрическим признакам металлокерамические спаи могут быть классифицированы на цилиндрические и стыковые.
Примеры конструкций показаны на рис. 64. Если коэффициент термического расширения керамики больше, чем металла, то для создания в керамике сжимающих на- Рас. ес. Тааачаме аоаструамаа мсгаллоаерамачесаах спаса. пряжений необходимо применять внешние цилиндрические конструкции (рис. 64, а — а), В противном случае требуются внутренние цилиндрические спаи, аналогичные показанным на рис. 64, г. Конструкции с вводами типа тех, что представлены на рис. 64, б, возможны лишь в случае, если диаметр металлической проволоки нли стержня не превышает ! мм Для более толстых вводов необходима соединительная трубка (рис.
64, а). При наго. товлеини стыковых спаев керамические детали рекомендуется подсоединять с обеих сторон металла с тем, чтобы взаимно скомпенсировать сдвиго-' вые усилия на двух противоположных поверхностях. Этот пряем проиллюстрирован на рис. 64, о и е. Последний состоит из подвижного полого металлического кольца с керамическими кольцевыми соединенивми к обеим поверхностям основном стенки. Этот узел может быть затем впаян в массивную металлическую деталь. Преимушество таких спаев заключается в их большей надежности в термических циклах, поскольку разница в коэффициентах расширения снимается за счет тонкого и гибкого металлического кольца.
Если требуется проводить дополнительные операции присоеди'- нения к металлической детали сная, последняя должна быть достаточно Гл. 2. Техника высокого вакуума длинной для того, чтобы нагрев происходил возможно дальше от самогб спея. Наиболее предпочтительным способом последующей сборки металло- керамических спаев является сварка. Однако можно использовать н индукционную пайку. Еще один конструкторский прием состоит в уменьшении толщины металлических стенок в площади сная, что позволяет частично снимать механические напряжения за счет деформации металла тзк же, как и в несогласованных спаях стекла с металлом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
