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可伐(Kovar)合金作為電子封裝行業(yè)中常用的金屬外殼材料,由于其具有與鉬組玻璃為接近的線膨脹系數,以及在與鉬組玻璃封接(熔封)過程中能產生小的封接應力,從而獲得良好的氣密性。為使金屬管殼能達到氣密性封接,在整個封接工藝中,退火工序無疑起著一個承上啟下的重要作用,它既了金屬零件在前序——制造加工中產生的內應力,又為金屬零件在后續(xù)工序——封接工序的實施作好了材料組織上的準備。
可伐合金物理性能
比重 8.36
密度 0.3020lb/in3
導熱性 120.0 BTU-in/hr/ft2/°F
彈性系數(E) 20.0 x 103 ksi
電阻(70.0°F) 294.0 ohm-cir-mil/ft
居里溫度 815°F
熔點 2640°F
磁性
Kovar®合金在居里溫度之下都有磁性,磁性能取決于熱處理。硬度越小,導磁率越高,滯后損失越小。
名稱:可伐合金毛細管
可伐合金毛細管在-60℃~600℃溫度范圍內具有與95%Al2O3陶瓷相近的線膨脹系數。主要用于和陶瓷進行匹配封接,是電真空工業(yè)中重要的封接結構材料。
可伐合金材料的技術標準 YB/T 5234-1993
熔煉與鑄造工藝 用非真空感應爐、真空感應爐或電弧爐熔煉。
應用概況與特殊要求 該合金經航空工廠長期使用,性能穩(wěn)定。主要用于電真空元件與Al2O3陶瓷封接。制造大型電子管和磁控管的電極、引出盤和引出線。在使用中應使選用的陶瓷與合金的膨脹系數相匹配。當選用合金時,應根據使用溫度嚴格檢驗低溫組織穩(wěn)定性。在加工過程中應進行適當的熱處理,以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當使用鍛材時應嚴格檢驗其氣密性。
熱處理制度: 標準規(guī)定的膨脹系數及低溫組織穩(wěn)定性的性能檢驗試樣,在保護氣氛或真空中加熱到900℃±20℃,保溫1h,以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出爐。
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可控氣氛
在可伐合金中總存在著各種雜質,其中既有固態(tài)雜質,如碳、錳、硅等等,也含有氣態(tài)雜質,如H2O、CO和CO2。其中由于碳在高溫封接中,會與水氣或氧發(fā)生氧化反應,產生CO2或CO,導致漏氣、漏孔,因此在退火過程中,對可伐零件表面進行脫碳處理就顯得十分必要。另外,可伐零件的表面也或多或少地存在著金屬氧化物,故將金屬氧化物進行還原也是必需的。眾所周知,氫氣是一種還原性氣體,它能還原金屬氧化物,同時當溫度在700℃以上時,它具有一定的脫碳作用,而水蒸汽具有強烈的脫碳作用。因此,一般選擇濕氫作為可伐零件退火的氣氛。在高溫濕氫中,發(fā)生如下化學反應:
上述化學反應是可逆反應,在密閉容器中反應是不能進行到底的,只能達到一個動態(tài)的平衡。對式(2)和(3)來說,水蒸汽是氧化性氣體,而H2是還原性氣體,為了使退火中的[Fe]不被氧化,應控制退火爐中的氣氛為還原氣氛。根據在上述反應中,水蒸汽處于一種比較活躍的位置,所以只要控制了爐中水蒸汽含量,便可控制爐中的氣氛。在生產中通過測量“露點”來間接測量水蒸汽含量。在可控氣氛退火爐中,為防止空氣向爐內擴散,通常爐內氣壓略大于101325 Pa,為方便計算,則假定爐內氣壓為101325 Pa,采用1000℃的退火溫度。,Kp為當反應達到平衡時的平衡常數,A為固體反應物的活度,P為氣體反應物的分壓強。
可伐合金毛細管合金組織結構
可伐合金合金按規(guī)定的熱處理制度處理后,再經-78.5℃冷凍,大于等于4h不應出現馬氏體組織。但當合金成分不當時,在常溫或低溫下將發(fā)生不同程度的奧氏體(γ)向針狀馬氏體(α)轉變,相變時伴隨著體積膨脹效應。合金的膨脹系數相應增高,致使封接件的內應力劇增,甚至造成部分損壞。影響合金低溫組織穩(wěn)定性的主要因素是合金的化學成分。從Fe-Ni-Co三元相圖中可以看到,鎳是穩(wěn)定γ相的主要元素,鎳含量偏高有利于γ相的穩(wěn)定。隨合金總變形率增加其組織越趨向穩(wěn)定。合金成分偏析也可能造成局部區(qū)域的γ→α相變。此外晶粒粗大也會促進γ→α相變
該合金在20-450℃具有與硅硼硬玻璃相近的線膨脹系數,居里點較高,并有良好的低溫組織穩(wěn)定性。合金的氧化膜致密,能很好地被玻璃浸潤。適用于發(fā)射管、振蕩管、引燃管、晶體管以及管封插頭、繼電器外殼等電真空器件。且不與汞作用,適合在含汞放電的儀表中使用。是電真空器件主要密封結構材料。
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