第三章 微波管零件的連接3

§3.2零件的其它連接方式

雖然不如常用方法用得廣泛和頻繁，但有時對一些有特殊要求的零件的連接還是有用的。3.2-1壓力焊在常溫下，或者通過適當(dāng)?shù)姆绞郊訜嶂烈欢囟认拢瑢ぜY(jié)合面施加壓力，使之連接在一起的方法稱為壓力焊。

3.2-1壓力焊

原理：依賴于在壓力作用下材料產(chǎn)生的塑性變形、再結(jié)晶和擴散等作用實現(xiàn)焊接的，焊接區(qū)金屬仍處于固相狀態(tài)。壓力焊種類：電阻焊、擴散焊、摩擦焊、超聲波焊、冷壓焊、爆炸焊、旋弧焊接等。

（四）冷壓焊冷壓焊在室溫下對工件施加強大的外加壓力，使被焊件產(chǎn)生塑性變形，焊接表面緊密接觸，當(dāng)間距達到只有幾埃時（1埃=1×10-8厘米），形成原子間結(jié)合，從而使兩金屬表面間產(chǎn)生強大吸引力，將兩工件牢牢地焊在一起。特點:室溫下焊接，焊接過程中材料變形的速度也不會引起焊接接頭的升溫，也不存在界面原子的擴散。冷壓焊不會產(chǎn)生焊接接頭常見的軟化區(qū)、熱影響區(qū)和脆性中間相，特別適合用于熱敏感材料、高溫下易氧化的材料以及異種金屬的焊接。微波管制造中應(yīng)用主要用于金屬排氣管的封離。對排氣管進行氣密焊接并與排氣臺脫離，冷壓焊可以說是唯一可選擇的也是最合適的焊接方法。影響冷壓焊質(zhì)量的主要因素：焊接件表面狀況清潔程度、粗燥度塑性變形程度適宜的塑性變形量，質(zhì)量好退火是關(guān)鍵連接

封接

焊接機械連接粘結(jié)

陶瓷與金屬的封接玻璃與金屬的封接

電阻焊、釬焊、熔融焊、冷壓焊、

擴散焊、摩擦焊零件連接3.2—2機械連接常見的最普通的零件連接方法。螺釘連接、鉚接、綁扎等微波器件制造中，什么情況采用機械連接？不需要氣密連接連接強度要求不高，定位要求不太高不適合焊接的零件經(jīng)常拆卸須調(diào)整的零件常見的機械連接方法螺釘（以及螺帽）連接法：固定保護罩、調(diào)諧運動件鉚接法：散熱片、定位銷折疊法：保護罩綁扎法：行波管磁鋼特殊的機械連接方法：

夾持法（1）夾持法特指——行波管中螺旋線與夾持桿的固定（a）屏蔽筒彈性變形法

屏蔽筒內(nèi)徑必須綜合考慮材料的性能，壁厚以及螺旋線的強度、直徑和夾持桿的大小等因素正確設(shè)計，內(nèi)徑過大，會使屏蔽筒對夾持桿的壓力不夠，影響夾持桿對螺旋線的壓緊程度，即夾持的可靠性降低；內(nèi)徑過小，又會使夾持桿對螺旋線壓力過大，引起螺旋線變形。（1）夾持法（b）屏蔽筒塑性變形法塑性變形夾持的質(zhì)量與屏蔽筒的尺寸（主要是厚度以及直徑）、材料以及施加的外力有關(guān)。3.2—3粘接法連接利用膠粘劑將零件粘合在一起的連接方法。應(yīng)用:管外零部件--管座、散熱片、磁鋼等（一）粘接法的特點與膠粘劑的組成成分（1）粘接法的優(yōu)缺點優(yōu)點：（a）不同工件皆可粘接；不論材料、機械、物理、化學(xué)性能不同，還是大小不同、簡單與復(fù)雜不同等等。（b）重量輕（c）粘接接頭的應(yīng)力分布均勻（d）易實現(xiàn)多種功能：密封、導(dǎo)電、絕緣、防腐蝕、隔熱等；接頭表面光滑、平整。（e）工藝簡單，操作方便，效率高，成本低。（1）粘接法的優(yōu)缺點

缺點：（a）強度低，特別抗沖擊強度和剝離強度低；（b）使用溫度局限大，一般100~150℃，少數(shù)可達250℃

。（c）存在老化問題；（2）膠粘劑的組成膠粘劑種類多，含有多種成分組成，包括：（a）基料——膠粘劑的基本成分，使膠粘劑具有粘附特性的材料；通常有天然高分子物質(zhì)、合成樹酯和橡膠及混合物質(zhì)。（b）固化劑不同的粘料、性能要求以及工藝，使用的固化劑也不同。（c）增塑劑（增韌劑）提高其耐沖擊能力，增加韌性。（d）填料降低固化收縮率、線膨脹系數(shù)和降低成本。提高、實現(xiàn)功能。（e）稀釋劑調(diào)節(jié)粘度（二）常用膠粘劑（1）環(huán)氧樹脂膠粘劑使用最多，粘合力強，適應(yīng)范圍廣；通常200℃以下。（2）酚醛樹脂膠粘劑能耐較高溫度，可在300℃下使用；性較脆，剝離強度較差，

（3）有機硅膠粘劑耐高低溫、耐腐蝕，優(yōu)良的電氣絕緣性能，防水性和耐氣候性。用途廣泛而重要。（二）常用膠粘劑（4）其它膠粘劑（a）導(dǎo)電膠。

在絕緣的環(huán)氧樹脂或有機硅樹脂中加入導(dǎo)電性能好的金、銀、銅、石墨等粉末，配制成膠粘劑，就成為導(dǎo)電膠。使用最多的是銀粉。

3.3陶瓷與金屬的封接由于陶瓷在機械、物理、化學(xué)性能上都比玻璃優(yōu)越得多，現(xiàn)代電真空器件已經(jīng)越來越多地采用陶瓷來代替玻璃作為絕緣材料。微波管已經(jīng)毫無例外都采用了金屬—陶瓷結(jié)構(gòu)。金屬—陶瓷結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)首先依賴于金屬材料與陶瓷的氣密連接——封接。陶瓷封接方法：陶瓷金屬化法、活性金屬法、氧化物焊料法和壓力擴散法等。陶瓷金屬化法封接分為陶瓷金屬化和已金屬化陶瓷與金屬零件的釬焊兩個步驟。3.3-1鉬錳法陶瓷金屬化陶瓷金屬化：在陶瓷封接處的表面上覆上一層與陶瓷牢固粘結(jié)而又難熔的薄薄金屬層。通常采用燒結(jié)金屬粉末法：利用金屬粉末涂在陶瓷表面，在還原性氣氛中高溫?zé)Y(jié)，從而在陶瓷表面形成一層金屬層的過程。根據(jù)金屬粉末的配方不同，它又有鉬錳法、鉬鐵法、鎢鐵法等，其中以鉬錳法應(yīng)用最廣泛，工藝最成熟。

（一）鉬錳法金屬化機理與特點（1）鉬錳法金屬化的機理以鉬粉、錳粉為主，加金屬氧化物活性劑Al2O3、MgO、SiO2、CaO等，在還原性氣氛中高溫?zé)Y(jié)。（a）鉬由疏松的鉬粉燒結(jié)成金屬性的多孔鉬海綿層。（b）氧化錳和配方中的其它氧化物互相溶解和擴散，生成熔點和粘度較低、流動性好的玻璃狀熔融體。（c）熔融體向陶瓷中擴散與滲透，同時對陶瓷中的氧化鋁晶粒產(chǎn)生溶解作用，促使界面附近氧化鋁晶粒長大。

（1）鉬錳法金屬化的機理（d）熔融體與陶瓷中的玻璃相作用，生成粘度更小流動性更好的玻璃態(tài)熔融體，并反過來向金屬化層中擴散與滲透，填充鉬海綿層中的空隙，并浸潤略微氧化的鉬海綿表面?！f與玻璃相的封接。（e）冷卻后，陶瓷與金屬化層界面附近的互相滲透的熔融體變成玻璃相，從而在陶瓷與鉬海綿之間形成一層過渡層。（f）金屬化鉬層上鍍鎳、燒結(jié)，使鉬層與鎳層結(jié)合牢固，二次金屬化。（2）鉬錳法金屬化的特點優(yōu)點：

（a）工藝成熟、穩(wěn)定；（b）封接強度高，（c）對焊料、金屬化膏劑配方以及燒結(jié)氣氛的要求不很嚴(yán)格，工藝容易掌握。缺點

：金屬化溫度高，容易影響陶瓷的質(zhì)量；要求高溫氫爐；工序周期比較長。（二）鉬錳法金屬化工藝（1）陶瓷件處理封接表面研磨，達到要求的光潔度、平整度，尺寸；清洗，去除表面油污和其它污染、雜質(zhì)；（2）配膏與涂膏配方是金屬化的關(guān)鍵，不同的陶瓷、不同的工藝過程，往往配方也不同。（3）金屬化燒結(jié)濕氫中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1,400~1,500℃，保溫40~60分鐘，使膏層與陶瓷表面進行充分的物理、化學(xué)反應(yīng)。（4）鍍鎳與燒結(jié)電鍍方法鍍上一層厚度約為3~8微米的鎳層，然后在干氫中在1,000℃溫度下燒結(jié)15~25分鐘。3.3—2活性金屬法陶瓷封接活性金屬：鈦、鋯、鉭、鈮等對氧化物和硅酸鹽等物質(zhì)具有較大的親和力金屬元素。利用一些活性金屬直接將陶瓷與某些金屬封接。（一）活性金屬法的機理與特點（1）活性金屬法的機理活性金屬易與一些金屬如銀、銅、鎳等在低于各自熔點的溫度下形成液相合金，處于液相狀態(tài)下的活性金屬與陶瓷表面充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，從而完成金屬與陶瓷的封接。

活性金屬對陶瓷的親和力以鈦、鋯最為明顯。鈦在常溫下穩(wěn)定，合金的強度高，活性大，與陶瓷粘結(jié)牢固，更多地被用作封接的活性金屬。根據(jù)所用金屬或合金的不同，活性金屬法就可以分為鈦—銀—銅法、鈦—鎳法、鈦—銅法等。

（2）活性金屬法的特點優(yōu)點：（a）一次高溫加熱，工序少、周期短，溫度低（800~1,000℃）；陶瓷零件不會變形；（b）對陶瓷的適應(yīng)性強，各種不同壓電陶瓷都可封接。缺點：（a）真空中進行，生產(chǎn)效率低；（b）蒸發(fā)率較高的金屬如銀等容易蒸發(fā)到瓷件或管內(nèi)其它零件上去，導(dǎo)致絕緣性能下降，漏電增大；c）活性金屬合金較硬、脆，封接處陶瓷應(yīng)力大，封接強度不如金屬化法；（d）封接結(jié)構(gòu)要求較高，套封和針封難以實現(xiàn)封接；（e）封接后無法返修，一旦封接失敗，零件與瓷件都將報廢。

3.3—3金屬—陶瓷封接結(jié)構(gòu)

陶瓷和金屬釬焊時，由于兩者膨脹系數(shù)、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)差別很大，使得封接處必然會產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力達到一定程度時，就會引起封接面漏氣、甚至造成瓷件炸裂。設(shè)計合理的封接結(jié)構(gòu)和封接工藝，對陶瓷金屬封接是相當(dāng)重要的。金屬—陶瓷封接的結(jié)構(gòu)形式可分為平封、套封、針封和對封四類。

（一）封接結(jié)構(gòu)的基本形式

（1）平封陶瓷環(huán)端面或者陶瓷片的平面與金屬零件平面封接的一種結(jié)構(gòu)。

單面封夾封應(yīng)力較大可消除部分應(yīng)力（1）平封

特點：（a）結(jié)構(gòu)簡單，裝架方便，金屬和陶瓷零件加工容易；（b）軸向精度或高度易精確控制；（c）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。應(yīng)用：槍殼、杯形窗（一）封接結(jié)構(gòu)的基本形式（2）套封金屬圓筒形零件與陶瓷環(huán)（或者陶瓷片）相套的封接。（2）套封特點：（a）封接強度較高，耐熱性好。（b）零件配合要求嚴(yán)格，陶瓷零件加工較困難。應(yīng)用：熱絲引線、陰極瓷筒、盒形窗。（3）針封金屬實心細桿或絲與陶瓷的封接。特點：軸向和徑向應(yīng)力較大，直徑較粗、膨脹系數(shù)相差較大時，易采用過渡封接。應(yīng)用：高壓引線、同軸輸能窗。

（一）封接結(jié)構(gòu)的基本形式（4）對封平封的一種特殊形式，陶瓷件只有端面的一部分與金屬薄圓環(huán)的端面相封接。特點：軸向應(yīng)力比平封小，封接強度高，抗熱沖擊能力強。應(yīng)用：陰極瓷筒、輸能天線的陶瓷罩。（二）封接結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則總則：采用各種方法減少封接應(yīng)力。（a）金屬材料與陶瓷的熱膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近，（b）盡量使陶瓷零件受壓應(yīng)力，陶瓷的抗壓強度一般比抗拉強度大10倍左右。（c）利用金屬零件的彈性、塑性變形減小封接應(yīng)力；，（d）采用補償瓷環(huán)（去應(yīng)力瓷環(huán)）或者金屬補償（e）采用過渡封接減小封接應(yīng)力；（f）選擇塑性好的焊料、選擇合理的焊料放置位置。

對具體的結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計時應(yīng)注意：（1）平封（a）單面平封的應(yīng)力較大，應(yīng)盡量選擇與陶瓷膨脹系數(shù)相近的金屬4J33、4J34；封接處金屬厚度一般可控制在0.2~0.4毫米范圍；（b）采用夾封時，可采用可伐、鎳銅、無氧銅；金屬零件厚度可放寬至0.5~2毫米。補償瓷環(huán)的高度可用下述經(jīng)驗公式來估計：

（2）套封（a）外套封，金屬材料的膨脹系數(shù)應(yīng)比陶瓷大；使陶瓷封接處承受壓應(yīng)力。（b）內(nèi)套封，應(yīng)選取兩者膨脹系數(shù)比較接近的材料。如4J34（c）套封的封接寬度不宜太寬，金屬零件封接處的厚度在滿足強度要求下盡可能薄些；（d）對于單端外套封結(jié)構(gòu)，可在焊縫另一端設(shè)計一個金屬補償自由端，利用它所產(chǎn)生的彎曲力矩來抵消原自由端所產(chǎn)生的彎曲力矩；（e）金屬塑性好膨脹系數(shù)相差大的外套封，可采用限制徑向膨脹的套封結(jié)構(gòu)。金屬外壁鉬絲捆扎。（3）針封直接針封多數(shù)采用鉬或者可伐絲；直徑一般不大于2毫米，直徑大時，就應(yīng)采用過渡針封。（4）對封通常采用可伐；壁厚1毫米左右。3.4玻璃與金屬的封接

玻璃的特點：透明、透光率高容易加工成各種復(fù)雜形狀。用途：氣體放電管、少數(shù)反射速調(diào)管、顯示器件、光電子器件。金屬與玻璃封接，先將玻璃熔融了再與金屬封接的，所以金屬—玻璃的封接也往往稱為熔封。

3.4—1金屬—玻璃封接的機理與材料（一）玻璃與金屬封接的機理

熔化的玻璃浸潤金屬表面生成的某種氧化物，金屬氧化物一方面與金屬本身結(jié)合十分牢固，另一方面又能溶解到熔化的玻璃中去，在金屬氧化層與玻璃之間形成一個成份漸變的過渡層，正是這一過鍍層把玻璃與金屬氧化層緊密的粘結(jié)在了一起，即實現(xiàn)了金屬—玻璃封接。

影響封接質(zhì)量的關(guān)鍵因素（1）金屬氧化物的成分隨著對金屬加熱溫度不同，金屬表面可能生成低價氧化物或者高價氧化物；低價氧化物能被玻璃浸潤，結(jié)合牢固。高價氧化物結(jié)構(gòu)疏松，與金屬結(jié)合強度差。（2）氧化層的厚度適宜太薄不能形成足夠的過渡層，影響金屬化層與玻璃的結(jié)合；太厚氧化層本身組織松散。為了獲得厚度合適，結(jié)構(gòu)成分正確的金屬氧化膜層，必須嚴(yán)格控制好氧化的溫度和時間。

（二）與玻璃封接的金屬材料

玻璃與金屬熔封主要考慮兩者的膨脹系數(shù)盡量接近，如果相差過大，就要從封接結(jié)構(gòu)等方面來考慮，以抵消封接引起的應(yīng)力，避免炸裂。常用與玻璃封接的金屬材料

（a）鎢。膨脹系數(shù)46×10-7/℃，與鎢組玻璃相封接。鎢桿應(yīng)研磨外圓，消除拉制過程中可能出現(xiàn)的表層裂縫。封接面呈金黃色至紅棕色。（b）鉬。膨脹系數(shù)55×10-7/℃，與鉬組玻璃封接。封接界面應(yīng)呈灰棕色、鼠灰色。（c）鉑。膨脹系數(shù)90×10-7/℃，與鉑組玻璃相封接。（d）銅。膨脹系數(shù)高達178×10-7/℃，不能與任何玻璃進行匹配封接；薄邊刀口封接和薄銅片的盤形封接。