玻璃焊料与金属封接技术
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玻璃金属封接工艺
玻璃金属封接工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊玻璃金属封接工艺。
这玩意儿啊，就好比是搭积木，得把玻璃和金属严丝合缝地拼在一起，可不是件容易事儿呢！玻璃，那可是个硬脾气，脆得很，一不小心就碎了。
金属呢，又有自己的个性，各种材质特性都不一样。
要把它们俩凑一块儿，那可真得有点绝招才行。
你想想，要让玻璃和金属亲密无间地结合，得考虑多少因素啊！温度就是个大问题。
温度太高了，玻璃可能就化了；温度太低了，金属又不乐意和它黏糊。
这就像两个人谈恋爱，得找到那个最合适的相处温度，才能甜甜蜜蜜嘛！还有啊，封接的过程就像一场精细的手术。
得小心翼翼地操作，不能有一点儿马虎。
选什么材料来做这个“媒人”也很关键呢。
就好像给两人牵红线，得找个靠谱的才行。
在实际操作中，那可得瞪大眼睛，仔细盯着每一个环节。
从准备材料开始，就像准备一顿丰盛的大餐，每样食材都得精挑细选。
然后是处理玻璃和金属的表面，这就像是给它们洗脸打扮，得弄得干干净净、漂漂亮亮的。
接着就是关键的封接步骤啦！这时候啊，就感觉自己像是个神奇的魔法师，要把玻璃和金属变到一起去。
手法要稳，心思要细，稍有不慎，可能就前功尽弃啦！封接好了还不算完事儿，还得检查检查质量。
这就像考试结束后要检查一遍试卷一样，看看有没有漏洞，有没有瑕疵。
要是有问题，那可得赶紧想办法补救。
说起来，这玻璃金属封接工艺虽然有点麻烦，但它的用处可大了去了。
从我们日常生活中的各种小物件，到高科技的设备，都离不开它呢！它就像一条隐形的纽带，把玻璃和金属紧紧地联系在一起，让它们共同发挥作用。
你说，这是不是很神奇？是不是很有意思？咱可别小看了这门工艺，它背后蕴含着无数人的智慧和心血呢！所以啊，当我们看到那些精美的玻璃金属制品时，可别忘了这背后的故事，这背后的努力啊！总之呢，玻璃金属封接工艺就是这样一个充满挑战又充满魅力的领域。
它需要我们有足够的耐心，有精湛的技术，还得有对它的热爱。
只有这样，我们才能在这个领域里闯出一片天，创造出更多更美好的东西！你难道不想试试吗？。
玻璃与金属的封接
玻璃与金属的封接方式有两种：匹配封接和压缩封接。
匹配封接是选用膨胀系数比较接近的玻璃和金属，在高温封接后的逐渐冷却过程中使玻璃和金属收缩保持一致，从而减少由于玻璃与金属收缩差而产生的内应力。
压缩封接是指选用的金属材料的膨胀系数比玻璃膨胀系数大，在封接冷却时由于金属收缩比玻璃收缩大，从而使金属对玻璃产生一个压应力(利用玻璃承受抗压能力远大于抗拉能力的特性)，以此达到封接目的。
目前的压缩封接工艺还有待完善。
封接所选取的材料和控制参数都有待进一步探讨,而且采用压缩封接存在电性能较差的致命弱点。
玻璃-金属封接工艺的封接材料与接头形式(1)
玻璃-金属封接工艺的封接材料与接头形式(1)玻璃-金属真空密封接头对膨胀系数匹配的要求, 决定于接头形状、金属的塑性以及退火方法等。
玻璃与金属间的封接质量决定于金属氧化物层。
金属氧化物溶解在玻璃内并对金属产生很强的粘附作用。
氧化物层有些是在封接过程中产生的, 有些则是在封接前预先氧化处理形成。
封接前, 金属必须彻底除气, 否则在接头的玻璃内会出现气泡, 造成接头漏气。
匹配封接要求玻璃和金属间的膨胀系数值相接近, 设计时应仔细检查从室温到玻璃软化温度整个区域内的膨胀特性曲线。
如图2 所示,玻璃直到退火温度, 膨胀曲线近似是直线, 然后则明显增大。
纯金属在同样温度范围内几乎是线性的, 更高温度时并不明显增大。
对膨胀特性作比较发现,有几种金属能和玻璃封接而不会产生很大的应变。
例如, 钨和钼能和特别研制的硼硅玻璃封接。
钨的膨胀系数是44.5 乘以10-7℃21(0℃～500 ℃),能和DW-21 玻璃或7720 玻璃封接。
钼的膨胀系数是54. 4 乘以10-7℃21 能和DM-305 或7052 玻璃封接。
这种封接限于金属的丝料或引线, 玻璃处于压应力状态。
通常总是在引线的封接部位先烧上玻珠使封接容易并避免引线过度氧化。
玻璃-金属匹配封接常用的封接材料主要有: 铁合金(镍钢) , 通过改变镍的含量从35%到65% , 膨胀系数连续地变化, 这样便能获得恰好与真空玻璃相匹配的合金。
这些合金的膨胀系数在磁转变点(居里点) 增大, 这更有利于匹配退火温度下的玻璃为。
典型合金的膨胀特性曲线如图2 所示。
镍钢内镍含量少, 膨胀系数变小, 居里点也降低。
若要居里点高于400℃, 镍含量就必须大于44%, 这样膨胀系数便大于70 乘以10-7℃21, 这只能和软玻璃封接。
例如,50%N i250%Fe 合金, 膨胀系数约90 乘以10-7℃21 , 居里点约500℃, 能和DB-401玻璃或0120 玻璃匹配封接。
为了改善接头的真空密封性, 常常添加少量铬(0.8%～6%)。
1玻璃与金属的封接机理
1玻璃与金属的封接机理从金属外壳的外形、几何尺寸、引线（脚）数以及引出形式，其中零件可谓五花八门、成千上万种，但按其封接应力（熔封型式）而言，主要是匹配封接和失配封接，究其封接机理将涉及到二个方面的问题：1.1玻璃与金属的润湿（浸润）问题1.1.1润湿问题这里所谓的润湿问题则是指玻璃与金属的结合力问题，要想达到玻璃与金属的良好密封，就必须使两者有良好的润湿性。
玻璃与金属的润湿同液体对固体表面润湿的道理-样，即如水滴与物体接触时常出现的两种状况一种是水滴在荷叶上呈圆球形，其润湿角8接近180c（见图1）这种润湿显然是不好的；另一种是水滴落在木板上呈扁平形，其8角近似于0°见图2）,这便是很好的润湿。
1.1. 2氧化物结合学说这种学说认为：玻璃是由多种氧化物所组成，在封接过程中，金属表面的氧化物能熔人玻璃内，从而成为玻璃成分的一部分，由此获得良好地密封。
但该学说未能对高价氧化物能存在于玻璃成分中，并不能与玻璃做到很好的封接作出解释，而电力结合学说则从金属氧化物属于离键晶体结构的观点出发对其作了相应的解释。
1.1.3电力结合学说这种学说认为：金属表面形成低价氧化物时，金属内层价电子并不参加化合作用，而形成高价氧化物时，金属内层价电子将参加化合作用。
因此，金属氧化物的离子半径大小是随金属化合价的高低而不同。
在高价氧化物时，由于金属离子半径小，被氧离子紧密包围，使金属离子不能与玻璃中的正负离子很好地结合。
当形成低价氧化物时，由于金属离子和周围的氧离子之间形成较大空隙，其电力线可以延伸出来，与玻璃中的正负离子获得最大的结合力和最小的排斥力，从而得到满意的封接（见图3）。
a.润湿角与金属化合价间关系曲线；b.金属表面形成高价氧化物时与玻璃的电力线结合关系图；c.金属表面形成低价氧化物时与玻璃的电力线结合关系图；d.金属表面没有被氧化时与玻璃电力线结合关系曲线。
由以上的分析告诉我们，在金属表面形成低价氧化层才能获得玻璃与金属的良好润湿效果。
玻璃与金属的封接
- no ducts between copper sheet and FeNi core.在铜层和FeNi之间无 间隙。 Coefficient of expansion of the dumet杜美丝的膨胀系数: Axial: 65 * 10-7/oC Copper : 168 * 10-7/oC Radial: 90 * 10-7/oC NiFe : 55 * 10-7/oC
玻璃和金属的结合力 玻璃与金属封接，首先是两种材料间具有良好的结 合力，这取决于两种材料的性质，即玻璃能湿润金 属。 结合力例子：水滴滴在荷叶上，水滴滴在木板上。
研究表明玻璃和金属的外层不能很好地连接， 所以需要一个中间层来完成这个功能。发现 红色的Cu2O是玻璃和金属铜之间良好的结合 体。其机理是由于其结构，能同铜很好结合， 也能很好地溶解到玻璃内。一个理想的封接 包括下列过度层：
谢谢！
结构如下图。用直流电将杜美丝加热到大约 900oC，加热过程中，导丝通过一根玻璃管， 玻管中吹入氢气和干燥空气。氢气清洗导丝， 空气中的氧同铜反应，获得红色氧化层，然 后立即将导丝通过冷水，结果是结构被“冻 住”，在室温下有所需的红色氧化物。
氧化层的厚度可通过下述因素控制: 干燥空气的％ 导丝温 导丝速度
在这儿我们只介绍在制灯中最重要的几种玻
璃－金属封接： １、杜美丝 ２、钨杆 ３、钼带 制灯中的封接95％采用这3种材料。
要提及的是仍需慎重结合力的精确性质。 一般化学结合应用的合理解释是通过氧化键 使金属和玻璃通过氧化或直接结合。 如玻璃和金属的热膨胀系数差异较小，即结 合力可以克服应力，我们称之为“匹配，真 空封接”。 如玻璃和金属的收缩系数差异比较大，应力比 化学结合力大，结果会使得接点断开。
玻璃与金属焊接之异种连接-精品
例子是波音787飞机采用了复合材料作为其飞机壳体的基 本材料，该材料由20%Al、15%Ti、10%钢和5%的其他材 料所组成。在现代汽
车工业中，为了减重，其中有陶瓷与金属的焊接（连 接），横梁采用了钢、同时还有铝合金制作了较多的零 件，如铝合金活塞和铝合金发动机缸体。E
U-FP6项目中研发的小汽车则使用了Al、钢、Mg、玻璃纤 维等不同材料。那么何为异种材料呢，可以简单的定义 为“材料或材料组合在一起时
璃与金属的焊接（连接）的，所示同此不相关的，在这 里就不做过多的介绍。玻璃与金属连接，目前常用的有 四种主要形式：1．机械连接：家中常用
的陶瓷插座就是这种情况。2.采用密封胶或者密封条：家 中使用的门窗玻璃就是这种情况。3.采用高温烧结的办法： 我们使用电灯泡就是这种情况
。4.我们提到的激光焊接的办法：这是一种新的、先进的 焊接方法，在激光行业中，激光气体放电管，使用寿命 长的就是采用激光对玻璃与金属进行
，比较难以实现焊接（连接），难以实现焊接（连接） 的原因是他们的化学性能或物理性质不同而造成的”。 由于异种材料在化学特性、热性能和物力
性能（如热膨胀系数、韧性、疲劳、断裂力学行为、弹 性模量等）的差别，不仅会影响到焊接（连接）的工艺， 同时会影响到组件服役时的性能。如服
役时的电偶腐蚀、不同的热膨胀系数以及其他效应均会 影响到组件的服役性能。为了解决以上问题，在产品设 计和焊接（连接）工艺实践中，必须充分
进一步验证了堆积木实际上就是异种焊接（连接）。不 同学者给出了不同定义，但不管是哪位学者的定义，可 以明确的是“焊接（连接）”首先是一种
将不同部件组合在一起形成一个整体单元的活动或过程。 第二点可以明确的是“焊接（连接）是将部件或结构元 素组合在一起的过程”。但组合的目的
封接玻璃(六)——玻璃和金属的基本封接工艺
,
…
、 , , ,
泡) 玻璃 ( 无气泡 ) 烧氢 未烧 氢可伐 与玻 璃 的 封接
。
、
}
目 的是 除去 可 伐材 料 中的 杂质 气 体 尤其
,
后 的可 伐 还 不 能与玻 璃封 接 必 须经 烧氢处 理 是氧 和 碳一 类 的化合 物 性 好 (图 1 )
。 , 。
,
烧 氢处理 后 的可伐 与玻 璃封 接 封 接 面 光滑透 明 结 合牢 固 气密
, ,
0 0
、
、
几
,
H 。 及 O仇 等
。
会 使 电 真 空 器件 和 电 子 元件 内存 在放气 源
, ,
,
在 高 温下 分 解 出 气态 杂
,
质 破 坏 电 子器 件 的 真 空 度 沾 污 工 作气体 和 工 作物质 使 阴极 ( 或 电 极 ) 中毒 甚 至 使 电 子 管 或光 源 失 效
,
、
。
一 般清
:
“械净 化
一
去油
一
{
,
化 学清 洗
一 电 化 学 清洗
烘千
借助 于 机械 摩擦 来部 分地 除 去 材 料 表 面 的 各种化 合物 ( 如 氧化层 ) 及
。
。
常 用 的办 法是 用 砂 纸 和 细 金 属 钨 丝 擦 有时 也用 肥 皂擦 洗 常 用 碱 液 去 油 和 有 机溶剂 去 油
, 。
其 次 未 经 去 气 处 理 的金 属 零 件 的封 接 处会产 生大 量气 泡 影 响 气 密 性 及封 接
。
,
强 度 甚至 造 成封 接 处 漏气或 炸裂
,
因此 金属 零件 在清 洁处 理后 还需 进 行 加 温 热处 理
…
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泡) 玻璃 ( 无气泡 ) 烧氢 未烧 氢可伐 与玻 璃 的 封接
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目 的是 除去 可 伐材 料 中的 杂质 气 体 尤其
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后 的可 伐 还 不 能与玻 璃封 接 必 须经 烧氢处 理 是氧 和 碳一 类 的化合 物 性 好 (图 1 )
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烧 氢处理 后 的可伐 与玻 璃封 接 封 接 面 光滑透 明 结 合牢 固 气密
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一 般清
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“械净 化
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化 学清 洗
一 电 化 学 清洗
烘千
借助 于 机械 摩擦 来部 分地 除 去 材 料 表 面 的 各种化 合物 ( 如 氧化层 ) 及
。
。
常 用 的办 法是 用 砂 纸 和 细 金 属 钨 丝 擦 有时 也用 肥 皂擦 洗 常 用 碱 液 去 油 和 有 机溶剂 去 油
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其 次 未 经 去 气 处 理 的金 属 零 件 的封 接 处会产 生大 量气 泡 影 响 气 密 性 及封 接
。
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强 度 甚至 造 成封 接 处 漏气或 炸裂
,
因此 金属 零件 在清 洁处 理后 还需 进 行 加 温 热处 理
玻璃与金属连接方法的研究进展
1）选用不同种类的陶瓷和金属材料，如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和不锈钢、 铝合金等；
2）优化陶瓷金属连接工艺的参数，如加热温度、保温时间、压力等；
3）对连接后的试样进行微观组织观察和性能测试，如硬度、抗拉强度、耐磨 性等；
4）根据实验结果，分析陶瓷金属连接工艺的优化方案和工业化生产的可行性。
结果与讨论
机械连接的可靠性较高，但对装配精度要求较高，且连接效率较低。复合连接 能够综合多种连接方法的优点，但也增加了操作的复杂性和成本。
结论与展望：
本次演示通过对陶瓷与金属连接技术的研究现状进行详细分析，发现当前的研 究主要集中在改进连接工艺、优化接头性能等方面。虽然取得了一定的成果， 但仍存在一些问题，如连接过程中易产生裂纹、界面结合强度不足等。为了进 一步提高陶瓷与金属连接技术的水平，未来的研究方向应包括以下几个方面：
1、新型连接材料的研发：针对现有连接材料的不足，开展新型、高效、环保 的连接材料研究，以提高连接的可靠性和稳定性。
2、连接工艺的优化：深入研究陶瓷与金属的物理和化学特性，优化连接工艺 参数，提高接头质量的稳定性和一致性。
3、跨领域合作研究：加强不同领域之间的合作交流，如材料科学、物理学、 机械工程等，从多角度对陶瓷与金属连接技术进行深入研究。
4、环境适应性：玻璃与金属连接技术在实际应用中会受到各种环境因素的影 响，如温度、湿度、气压等。未来的研究可以提高连接技术的环境适应性，以 保证其在各种环境条件下都能稳定发挥连接效果。
摘要：
本次演示主要探讨陶瓷与金属连接技术的研究现状及其发展，着重分析各种连 接技术的原理、特点和应用情况。通过文献调研、实地调研和实验设计等方法， 本次演示分析了陶瓷与金属连接技术的优缺点、适用范围和应用场景。最后， 总结了研究结果，指出了当前存在的问题和瓶颈，并提出了未来的研究方向。
玻璃与金属连接技术研究进展
目前，国内外学者围绕温度、电场、压力及材 料表面质量等因素，展开了多方面的研究。
B． Schmidt［9］通过高能离子束定量分析了耗 尽层中 Na + 、K + 、Ca + 、H + 在不同温度和电压下的 迁移，确定了饱和耗尽层厚度和 Na + 在 250 V 作 用下的热激活能 Ea = （ 0． 97 ± 0． 14） eV。作者通 过 NM 谱图并未发现玻璃中的非桥接 O，但是分 析观察到了 O － 向界面的迁移，研究认为 O － 并非 来源于玻璃的非桥接 O，而是来源于玻璃表面吸 附的水分子。在电场作用下 H2O 分解为 H + 和 OH － ，在电场力作用下，H + 也象 Na + 一样同时向 阴极方向移动，O － 扩散迁移并最终沉积在另一界 面的边缘，O － 起连接键桥作用。
阳极键合是一个在电和热共同作用下，玻璃 是一个元素在电场作用下扩散、阳极材料氧化的 过程。电场作用使玻璃内的金属阳离子 （ Na + ， K + ） 向阴极迁移极化，形成碱金属元素的耗尽层， 由于非桥接负氧离子相对固定，在阳极玻璃侧积 聚大量的负氧离子。静电吸附效应引起阳极材料 在界面处的感应正电荷。在静电场力的作用下二 者形成紧密结合，通过元素的互扩散，在界面处发 生氧化反应和固相反应而形成键合［8］，其原理如 图 2 所示。该方法在电路基板、半导体芯片、太阳 能电池封装、微传感器方面有着广泛的应用。
第2 期
李卓然，徐晓龙： 玻璃与金属连接技术研究进展
125
加热炉
直流 电源
阳极 kovar 合金
k4 玻璃
阴极
R 记录 系统
图 2 阳极键合原理图［8］ Fig． 2 Schematic diagram of anodic bonding［8］
B． Schmidt［9］通过高能离子束定量分析了耗 尽层中 Na + 、K + 、Ca + 、H + 在不同温度和电压下的 迁移，确定了饱和耗尽层厚度和 Na + 在 250 V 作 用下的热激活能 Ea = （ 0． 97 ± 0． 14） eV。作者通 过 NM 谱图并未发现玻璃中的非桥接 O，但是分 析观察到了 O － 向界面的迁移，研究认为 O － 并非 来源于玻璃的非桥接 O，而是来源于玻璃表面吸 附的水分子。在电场作用下 H2O 分解为 H + 和 OH － ，在电场力作用下，H + 也象 Na + 一样同时向 阴极方向移动，O － 扩散迁移并最终沉积在另一界 面的边缘，O － 起连接键桥作用。
阳极键合是一个在电和热共同作用下，玻璃 是一个元素在电场作用下扩散、阳极材料氧化的 过程。电场作用使玻璃内的金属阳离子 （ Na + ， K + ） 向阴极迁移极化，形成碱金属元素的耗尽层， 由于非桥接负氧离子相对固定，在阳极玻璃侧积 聚大量的负氧离子。静电吸附效应引起阳极材料 在界面处的感应正电荷。在静电场力的作用下二 者形成紧密结合，通过元素的互扩散，在界面处发 生氧化反应和固相反应而形成键合［8］，其原理如 图 2 所示。该方法在电路基板、半导体芯片、太阳 能电池封装、微传感器方面有着广泛的应用。
第2 期
李卓然，徐晓龙： 玻璃与金属连接技术研究进展
125
加热炉
直流 电源
阳极 kovar 合金
k4 玻璃
阴极
R 记录 系统
图 2 阳极键合原理图［8］ Fig． 2 Schematic diagram of anodic bonding［8］
石英玻璃与金属封接方法
石英玻璃与金属封接方法嘿，咱今儿就来唠唠石英玻璃与金属封接方法。
你说这石英玻璃啊，那可真是个宝贝，坚硬又透明，用处多得很呢！那金属呢，也是各有各的特点和用处。
把它们俩弄到一块儿去，让它们紧密结合，这可不是件容易的事儿，但办法总比困难多呀！咱先说说热压封接。
这就好比是让石英玻璃和金属来一场热情的拥抱，通过高温和压力，让它们紧紧贴在一起。
就像咱和面似的，得使劲揉，才能让面和得好。
热压封接也是这个道理，得掌握好温度和压力的火候，不然可就弄巧成拙啦！还有胶粘封接呢。
这就像是给石英玻璃和金属抹上了强力胶水，把它们粘在一起。
不过这胶水可得选好咯，得能经得住各种考验，不然万一哪天松了掉了，那不就麻烦啦！再说说焊接封接。
这就像是给石英玻璃和金属做了一次精细的手术，把它们焊接在一起。
这可得有高超的技术和经验才行，不然一不小心弄出个瑕疵，那可就不美啦！你想想看，要是没有这些封接方法，那好多东西都没法做出来呀！比如那些高级的仪器仪表，不就是靠着石英玻璃和金属的完美结合才能发挥作用嘛。
这就好像是一场精彩的演出，石英玻璃和金属就是主角，而封接方法就是导演，没有好导演，哪来的精彩演出呢？咱在生活中不也经常遇到需要把不同的东西结合在一起的情况嘛。
就像搭积木一样，得找到合适的方法把它们搭稳了，不然轻轻一碰就倒了。
这石英玻璃和金属的封接也是一样，得用心去研究，去尝试，才能找到最适合的方法。
那咱怎么知道哪种封接方法最好呢？这就得看具体情况啦！就像咱穿衣服，不同的场合得穿不同的衣服。
如果是要求特别高的地方，那可能就得用最精细的焊接封接；要是一般的情况，也许胶粘封接就够啦。
这得根据实际需求来决定，不能一概而论。
总之啊，石英玻璃与金属封接方法可真是个大学问。
咱得好好研究，好好琢磨，才能让它们发挥出最大的作用。
你说是不是？别小看了这些方法，它们可关系到好多重要的东西呢！它们就像是连接不同世界的桥梁，让石英玻璃和金属能携手合作，创造出更多的美好！你说这多有意思呀！。