Конструкционные материалы. Основные требования, предъявляемые к конструкционным материалам, страница 16

- температура плавления металла должна быть на 100…200 °С выше температуры спаивания со стеклом;

- поверхность металла не должна иметь рисок, расслоений и прочих дефектов;

- металл должен легко подвергаться пластической деформации при изготовлении деталей сложной конфигурации и хорошо свариваться с другими металлами или сплавами.

Большое значение для образования герметичного спая имеет прочность сцепления металла со стеклом. Она зависит от толщины оксидной пленки на поверхности металла: при очень тонкой пленке возможно отлипание металла от стекла; толстая, рыхлая оксидная пленка образует непрочное соединение со стеклом, что приводит к потере вакуумной плотности.

Для спаивания со стеклами платинитовой группы (легкоплавкие стекла) применяются следующие сплавы: платинит, хромистая сталь Х28 и железоникелевые сплавы 47НХР (бора не более 0,02 %) и 47НД (меди 4,5…5,5 %).

Платинит представляет собой биметаллическую проволоку, состоящую из сердечника никелевой стали 42Н и наружной медной оболочки толщиной 15…20 мкм, покрытой пленкой безводного бората калия или без нее.

Платинитовую проволоку получают протяжкой через волоки прутков стали 42Н, покрытых медью. Полученную проволоку окисляют с поверхности до оксида меди Сu₂O, покрывают тонким слоем тетрабората калия с последующим спеканием его в стекловидную массу. Эта обеспечивает более быстрое и совершенное спаивание платинита со стеклом. Цвет борированной проволоки может изменяться от соломенно-желтого до темно-вишневого. Наиболее приемлемой считается проволока красно-кирпичного цвета. Хранение и транспортировка готового платинита должна проводиться в условиях, исключающих попадание влаги на поверхность проволоки, так как поверхностная пленка проволоки гигроскопична.

Поскольку температурный коэффициент расширения платинита в продольном направлении — (60…70)∙10^-7 К^-1 меньше, чем в поперечном — (80…100)∙10^-7 К^-1, и меньше коэффициента расширения стекла, то его спаи со стеклом нельзя считать полностью согласованными. Это накладывает ограничения на толщину применяемой платинитовой проволоки, которая должна находиться в пределах от 0,8 до 0,25 мм. Тонкий платинит (< 0,25 мм) обладает малой прочностью, легко окисляется и образует негерметичный спай со стеклом, а платинит толще 0,8 мм вызывает опасные напряжения в спае.

Платинит имеет высокие тепло- и электропроводность, дуктильность, хорошо сваривается с другими металлами и сплавами. Наличие плотной растворимой в стекле оксидной пленки меди Сu₂O (красного цвета) повышает прочность и герметичность впаев.

Существенными недостатками платинита являются возможность образования на поверхности рыхлой черной пленки оксида меди СuO, а также участков с оксидами железа и никеля, которые плохо смачиваются стеклом и создают условия для понижения вакуума приборов, которые могут быть также результатом наличия на поверхности платинита механических пороков— трещин, царапин и т. п. В связи с этим требуется тщательный контроль химического состава платинита, диаметра проволоки и наличия внешних дефектов.

Платинит широко применяется (с 1913 г. взамен платины) в различных электровакуумных приборах в виде сквозных проволочных впаев, подводящих ток к электродам прибора.

Х28 — хромистая сталь относится к сплавам, в которых необходимые для впаев значения коэффициентов расширения достигаются введением хрома; В состав его входит до 28 % хрома, остальное железо. Сплав Х28 имеет температурный коэффициент расширения 106∙10^-7 К^-1, относительно высокое удельное электрическое сопротивление ρ и малую теплопроводность.

Рабочая температура этого сплава равна 1000 °С, значительно выше, чем у платинита. Х28 образует прочные и хорошо согласованные спай с платинитовыми стеклами; Защитная пленка оксидов хрома и железа прочно соединяется с металлом и стеклом и предохраняет металл от дальнейшего окисления во время процесса спаивания. Структура качественных выводов характеризуется мелким зерном. Крупнозернистая структура свидетельствует о перегреве сплава в процессе пайки со стеклом и не обеспечивает необходимую герметичность приборов. Выводы с крупнозернистой структурой характеризуются повышенной хрупкостью. У сплава Х28 — повышенная склонность к перегреву.