许多近代节能光源都以石英玻璃作为灯壳。这时,作为导线的金属-石英玻璃封接就是必不可少的部件。它的质量直接影响灯的成品率和寿命。
众所周知,由于石英玻璃的膨胀系数很小(α=5.4×10-7K-1),找不到膨胀系数和它接近的耐高温金属与它进行匹配封接。钼片――石英玻璃的非匹配封接工艺简单、成本低廉,可在很高的温度下反复使用,已广泛用于各种光源的生产中。但是我们对它的工艺原理、影响其寿命的因素,了解还是不够,本文将就此问题作一介绍,希望能有利于产品质量的提高。
(1) 基本结构
钼是一种耐高温的柔性金属,其熔点为2610 0C,远高于石英的软化温度(1550 0C)。把钼板延压成3~5μ的薄片,切成条形,两侧腐蚀成刀口状,成为封接用的钼片。在钼片两端分别点焊上电极和外导丝,把点焊好的钼片放入石英玻璃管内,在保护气体中将它们加热至石英玻璃的软化温度以上,然后加压成形,石英玻璃和钼片粘合在一起,形成气密封接,见图1。在封接后,封接件渐渐冷却。当封接件温度在石英玻璃的退火温度以上时(大于1400 0C),虽然钼片与石英玻璃的膨胀系数有很大差别,但因石英玻璃的粘滞性还较小,有一定的流动性,在冷却速度较慢条件下,一般不会产生永久性的应力。当封接件温度下降到转换温度以下时,石英玻璃失去塑性变形能力。由于钼片的膨胀系数 (α=4.9×10-6k-1)远大于石英,钼片收缩远大于石英玻璃,于是在钼片与石英玻璃的界面上产生了张应力,幸而钼片是柔性金属,而且又很薄,在此应力作用下发生塑性变形,使应力充分释放,石英玻璃和钼片仍能粘合在一起而不会炸裂,使封接保持气密。
(2) 应力和钼片形状的关系
钼片-石英玻璃封接的应力能否充分释放,主要取决于钼片的形状。只有在钼片很薄、即钼片的宽度和厚度之比(宽/厚)很大时,应力才能够充分释放。表1 是在钼片的截面相同(0.078 mm2)时,(宽/厚)比与石英玻璃中应力之间的关系。
(3)钼片涂银
当应力释放不很充分时,在钼片-石英玻璃界面上就有可能形成细微的裂纹。这些裂纹往往难以用肉眼觉察到,但在40倍以上的显微镜下还是可以观察到。这时封接件在刚压封好时,大多还能保持气密。但是在灯工作一段时间后,灯的经常开关,使封接件受到反复的冷――热冲击,细纹可能扩大,最终导致漏气。特别是有些灯需要在液氮温度下充气或充卤化物,使温差更大,容易造成漏气。
研究发现,在钼片上涂上一薄层银,可防止裂纹的形成。可能是在压封时,因银的熔点较低(960 0C),在封接温度下熔化,在钼表面形成大量微颗粒,它们很容易在冷却过程中塑性变形,有效释放应力,防止裂纹的形成。
(4)钼片-石英玻璃之间的化学粘着力
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