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。如圖2所示,玻璃直到退火溫度, 膨脹曲線近似是直線, 然后則明顯增大。純金屬在同樣溫度范圍內(nèi)幾乎是線性的, 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, 玻璃處于壓應(yīng)力狀態(tài)。通常總是在引線的封接部位先燒上玻珠使封接容易并避免引線過度氧化。

      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

       通常把42%N i258%Fe 合金絲外包一層重量為18%～28% 高導(dǎo)無氧銅, 稱為杜美絲(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�？煞ソ宇^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。