特殊材料窗的真空封接

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学 作者:张以忱

  超高真空系统往往要有特殊材料的窗, 例如云母窗, 石英窗, 蓝宝石窟、氟化理窗, 氟化镁窗或锗窗等。封接要求是窗不得变形损坏, 封接温度必须低于窗材料的软化点。

  云母窗大多采用品质比天然云母优良的人造金云母。用环氧树脂封接的接头最高除气温度不能超过200℃。采用AgCl粘合剂可以和贵金属( 金、铂) 封接。AgCl熔点约457℃, 熔化后能润湿云母和金属。冷却后成为像蜡一样的化合物, 能适应被连接两零件膨胀系数的变化。这种化合物不溶于水和大多数酸, 能溶于NH4OH 和Na2S2O3 ,紫外辐射对它有影响, 并容易擦伤。接头最高除气温度不能超过300℃。使用易熔焊料玻璃可以和软玻璃及金属获得良好的真空封接。焊料玻璃熔点应低于云母脱水温度, 金云母的脱水温度约900℃。不同材料应采用不同的焊料玻璃, 例如软玻璃、镍钢( 50% Ni- 50% Fe) 和铬钢( 30%Cr- 70% Fe) 采用焊料玻璃M130, 它的膨胀系数约1.1×10- 7- 1 , 封接温度为600℃合金铁镍铬( 52% Fe- 42% Ni- 6% Cr) 和铬钢( 25% Cr- 5% Fe)

  采用焊料玻璃7570, 这种玻璃的膨胀系数约84×10-7-1 , 封接温度为600℃。使用活性金属法也可获得良好的封接。通常用钛框套在云母接头的两边, 然后加上Ag-Cu焊料, 真空加热到850℃, 保温5 min 即得牢固的接头。钛金属可和铜零件钎焊在一起。接头能经受400℃除气。

  蓝宝石和石英, 熔点都很高, 耐热冲击。能用焊料玻璃或硬焊料与金属封接。考虑到视窗与金属座之间膨胀系数的差别, 在接头处的金属应适当薄一些。图9 是视窗装在法兰盘上的例子。不能使用烧结金属化法, 因为烧结温度过高会使石英析晶失透, 能使用活性金属法与金属封接。

 装在法兰上的蓝宝石视窗

图9 装在法兰上的蓝宝石视窗

  利用正常的玻璃吹制技术可把玻璃直接封接于蓝宝石和石英上。蓝宝石的热膨胀系数为58~90×10-7-1 , 与苏打玻璃相匹配, 7530玻璃的膨胀系数为71×10-7-1, 匹配得特别好。石英要用多级封接技术把它和封接了玻璃的金属封接。氟化镁窗可用玻璃焊料封接。氟化锂窗可用氟化铅烘烤封接于铜和金。

  膨胀系数不匹配的场合, 可用铟或铅等软金属作过渡金属热压封接。锗窗就是用这种方法附着于金属法兰上的。低熔点金属对烘烤温度有限制, 但总比环氧树脂封接要好一些。有时为使封接牢固, 在窗的封接表面镀覆镍铬合金( 60%Ni- 16% Cr- 24% Fe, 耐腐蚀合金, 室温略有磁性)层和金层, 它们对铟粘结极牢。压焊也称咬合封接, 可在室温下也可在加温下进行, 是真空接头较普遍采用的焊接方法。软金属例如铜和银等,可直接压焊。硬金属依靠插入表面间的软金属实现压焊, 例如可伐表面间用铟丝实现盘状封接。焊接表面必须清洁无氧化, 需要的外加压力很高, 大于10 kg/mm2 , 温度升高压强可减少。适用于封接不太大的扁平表面。

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