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可伐合金发展历程
19世纪初,已开始用铂作为封接材料与软玻璃封接。1879年,爱迪生(T.Edison)发明的白炽灯泡以及早期的电子管和X射线管通过玻璃的引出线都用铂丝。在 1896年法国吉尧姆 (C.E.Guillaume)制成因瓦(Invar)合金(36Ni-Fe)以后,又派生出了代替铂的46Ni-Fe封接合金,这是早的封接合金。后来进一步改进这种合金,在表面覆一层薄铜,这种覆铜的42Ni-Fe丝(俗称杜美丝,Dumet Wire)用作非匹配软玻璃封接引出线一直使用到70年代。随着电真空技术的发展,出现了熔点高、热稳定性好、热膨胀系数更低的硬玻璃。初期采用钼或钨与硬玻璃封接。20世纪30年代出现了与硬玻璃封接的称为可伐 (Kovar)的Fe-Ni-Co合金;此外,还出现了与软玻璃封接的Fe-Ni-Cr系、Fe-Cr系、Fe-Ni-Cu系等封接合金。
第二次世界大战后,随着超高频、大功率电真空器件的发展,出现了与氧化铝、氧化铍等陶瓷封接的合金。对膨胀合金提出兼具高导热、高导电、无磁性等物理性能的要求。为此采用了复合膨胀合金(如覆铜的可伐合金带材和丝材)、含难熔金属的封接合金 (如Ni-Mo、Ni-Mo-W系等),但用量都不大。
可伐合金常见类型:玻璃封接用铬铁合金、铁镍钴玻璃封接合金、铁镍钴陶瓷封接合金等。
铁镍钴陶瓷封接合金
这种合金属于精密合金,也是铁、镍、钴的合金,又称为陶瓷可伐。在-60-600℃时它的膨胀系数与95%氧化铝陶瓷相近,常用来和陶瓷作匹配封接。在金属陶瓷发射管、行波管、速调管等器件和真空电容器中,铁镍钻陶瓷封接合金广泛地用来制作引出线、引出环、管壳等零件。
铁镍钴玻璃封接合金
这种合金属于精密合金,又称可伐。它是铁、镍、钴的合金,一般含镍29%,钴18%,其余是铁。其膨胀系数由于钴的加入而降低,与钼及硬玻璃相近,适合于和硬玻璃作匹配封接。封接时表面生成有氧化钻的氧化层,而氧化钴极易溶于玻璃中而形成鼠灰色的封接面。
玻璃封接用铬铁合金
和玻璃封接用的铬铁合金是含铬28%的铬铁合金,又称做高铬钢或28号膨胀合金。合金中由于加入了铬,使膨胀系数降低,因此可与软玻璃进行匹配封接。含铬量高的铬铁合金,一般在室温至熔点温度的全部范围内将是铁氧体的状态,所以也称做铁氧体的铬铁合金。
可伐合金,译文:可伐、科瓦、柯伐(也称铁镍钴合金);KOVAR为含镍29%,钴17%的硬玻璃铁基封接合金。该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配,和较高的居里点以及良好的低温组织稳定性,合金的氧化膜致密,容易焊接和熔接,有良好可塑性,可切削加工,广泛用于制作电真空元件,发射管,显像管,开关管,晶体管以及密封插头和继电器外壳等。可伐合金因为含钴成分,产品比较耐磨。
可伐易与钼组玻璃进行配合封接 ,一般工件表面要求镀金。
其状态有硬态和软态两种。
可伐合金物理性能:
密度:8.17 克/立方厘米
电阻率:0.46 Ω*平方厘米/米
导电率:2.174 * 1000000 S/m
热导率:0.046 卡/cm*s*℃
精密合金毛细管,称为“可伐”合金毛细管,一般是生产冷拔玩料。
精密合金毛细管:外径8mm以下的毛细管,小外径规格0.5mm,小内径规格0.2mm,小壁厚值0.015mm.长度2~2000mm
可控气氛
在可伐合金中总存在着各种杂质,其中既有固态杂质,如碳、锰、硅等等,也含有气态杂质,如H2O、CO和CO2。其中由于碳在高温封接中,会与水气或氧发生氧化反应,产生CO2或CO,导致漏气、漏孔,因此在退火过程中,对可伐零件表面进行脱碳处理就显得十分必要。另外,可伐零件的表面也或多或少地存在着金属氧化物,故将金属氧化物进行还原也是必需的。众所周知,氢气是一种还原性气体,它能还原金属氧化物,同时当温度在700℃以上时,它具有一定的脱碳作用,而水蒸汽具有强烈的脱碳作用。因此,一般选择湿氢作为可伐零件退火的气氛。在高温湿氢中,发生如下化学反应:
上述化学反应是可逆反应,在密闭容器中反应是不能进行到底的,只能达到一个动态的平衡。对式(2)和(3)来说,水蒸汽是氧化性气体,而H2是还原性气体,为了使退火中的[Fe]不被氧化,应控制退火炉中的气氛为还原气氛。根据在上述反应中,水蒸汽处于一种比较活跃的位置,所以只要控制了炉中水蒸汽含量,便可控制炉中的气氛。在生产中通过测量“露点”来间接测量水蒸汽含量。在可控气氛退火炉中,为防止空气向炉内扩散,通常炉内气压略大于101325 Pa,为方便计算,则假定炉内气压为101325 Pa,采用1000℃的退火温度。,Kp为当反应达到平衡时的平衡常数,A为固体反应物的活度,P为气体反应物的分压强。
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可伐合金工艺性能与要求
成形性能 该合金具有良好的冷、热加工性能,可制成各种复杂形状的零件。但应避免在含硫的气氛中加热。在冷加工时,带材的冷应变率大于70%,退火后会引起塑性各向异性。应变率在10%~15%内,合金在退火时会导致晶粒急剧长大,也将产生合金的塑性各向异性。当终应变率为60%~65%,晶粒度7~8.5级时,其塑性各向异性小。
焊接性能 该合金可采用钎焊、熔焊、电阻焊等方法与铜、钢、镍等金属焊接。当合金中锆含量大于0.06%时,将影响板材的氩弧焊焊接质量,甚至使焊缝开裂。
该合金的零件在与陶瓷封接前,应进行退火、清洗、镀镍,然后与金属化后再镀镍的陶瓷件用银焊封接。
零件热处理工艺 热处理可分为:应力退火、中间退火。
(1)应力退火 为零件在机械加工后的残存应力,要进行应力退火:470~540℃,保温1~2h,炉冷或空冷。
(2)中间退火 为合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程引起的加工硬化现象,以利于继续加工。工件需在干氢、分解氨或真空中加热到750~900℃,保温15min~1h,然后炉冷、空冷或水淬。
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