玻璃-金屬真空密封接頭對(duì)膨脹系數(shù)匹配的要求, 決定于接頭形狀、金屬的塑性以及退火方法等。玻璃與金屬間的封接質(zhì)量決定于金屬氧化物層。金屬氧化物溶解在玻璃內(nèi)并對(duì)金屬產(chǎn)生很強(qiáng)的粘附作用。氧化物層有些是在封接過(guò)程中產(chǎn)生的, 有些則是在封接前預(yù)先氧化處理形成。封接前, 金屬必須徹底除氣, 否則在接頭的玻璃內(nèi)會(huì)出現(xiàn)氣泡, 造成接頭漏氣。匹配封接要求玻璃和金屬間的膨脹系數(shù)值相接近, 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查從室溫到玻璃軟化溫度整個(gè)區(qū)域內(nèi)的膨脹特性曲線(xiàn)。如圖2所示,玻璃直到退火溫度, 膨脹曲線(xiàn)近似是直線(xiàn), 然后則明顯增大。純金屬在同樣溫度范圍內(nèi)幾乎是線(xiàn)性的, 更高溫度時(shí)并不明顯增大。對(duì)膨脹特性作比較發(fā)現(xiàn),有幾種金屬能和玻璃封接而不會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)變。例如, 鎢和鉬能和特別研制的硼硅玻璃封接。鎢的膨脹系數(shù)是44.5×10^-7℃21(0℃～500℃),能和DW-21玻璃或7720玻璃封接。鉬的膨脹系數(shù)是54. 4×10^-7℃21能和DM-305或7052玻璃封接。這種封接限于金屬的絲料或引線(xiàn), 玻璃處于壓應(yīng)力狀態(tài)。通常總是在引線(xiàn)的封接部位先燒上玻珠使封接容易并避免引線(xiàn)過(guò)度氧化。

      玻璃-金屬匹配封接常用的封接材料主要有: 鐵合金(鎳鋼) , 通過(guò)改變鎳的含量從35%到65% , 膨脹系數(shù)連續(xù)地變化, 這樣便能獲得恰好與真空玻璃相匹配的合金。這些合金的膨脹系數(shù)在磁轉(zhuǎn)變點(diǎn)(居里點(diǎn)) 增大, 這更有利于匹配退火溫度下的玻璃為。典型合金的膨脹特性曲線(xiàn)如圖2 所示。鎳鋼內(nèi)鎳含量少, 膨脹系數(shù)變小, 居里點(diǎn)也降低。若要居里點(diǎn)高于400℃, 鎳含量就必須大于44%, 這樣膨脹系數(shù)便大于70×10^-7℃21, 這只能和軟玻璃封接。例如,50%N i250%Fe 合金, 膨脹系數(shù)約90×10^-7℃21 , 居里點(diǎn)約500℃, 能和DB-401 玻璃或0120 玻璃匹配封接。為了改善接頭的真空密封性, 常常添加少量鉻(0.8%～6%)。封接時(shí)生成的氧化鉻溶入玻璃內(nèi)并牢固地粘附于合金表面。

圖2　幾種玻璃封接合金的膨脹系數(shù)-溫度曲線(xiàn)

       通常把42%N i258%Fe 合金絲外包一層重量為18%～28% 高導(dǎo)無(wú)氧銅, 稱(chēng)為杜美絲(Dumet)。銅在氫氣內(nèi)用銀銅焊料釬焊到合金桿上, 然后拉成絲, 并涂上硼酸鹽。這種絲的軸向膨脹系數(shù)為65 ×10^-7℃21, 比鉑組玻璃小, 但由于封接時(shí)生成的氧化亞銅與玻璃和銅粘附力強(qiáng), 而且銅層富有彈性, 所以這種絲能與鉑組玻璃真空封接, 并稱(chēng)為杜美封接。

       可伐(Kovar)合金為在鎳鋼中添加鈷,或者用鈷部分地代替鎳,使居里點(diǎn)升高,但基本上不影響膨脹系數(shù)。這種合金可用來(lái)和硬玻璃封接。其基本組成是54%Fe、29%N i 和17%Co,膨脹系數(shù)約50×10^-7℃21, 居里點(diǎn)約435℃,能和DM-346或7052玻璃匹配封接。可伐封接前在濕氫氣爐內(nèi)900℃處理1小時(shí),或1000℃處理30分鐘,封接時(shí)在空氣中加熱到850℃,使其表面氧化,然后靠壓力使它與加熱到同樣溫度的玻璃封接在一起,真空密封接頭應(yīng)是灰白色。可伐接頭允許烘烤到450℃。必須注意接頭在低于200K下的工作,可伐會(huì)改變結(jié)構(gòu),膨脹系數(shù)增大。