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玻璃封接 玻璃与金属将的润湿性

发布时间:2016/6/9

玻璃与金属的封接是多种反应的复杂过程。玻璃与金属表面的润湿是两种物质结合的基础, 而良好的润湿是牢固封接的重要条件。因此,玻璃和金属的封接实际上是表面润湿问题。影响玻 璃和金属润湿能力的因素如下。

(1)金属表面氧化物的性质对润湿能力的影响通常情况下,玻璃和纯金属表面几乎不润湿 (润湿角很大),见表16-24。但在空气和氧气介质中,则润湿情况会出现明显改善,这是由于金 属表面形成了一层氧化膜而促进润湿的缘故。

试验证明,在未经氧化的铁表面上滴下Na20 • 2Si02玻璃,在900〜1000°C真空中,润湿角 为55°,在使用前先稍微预氧化铁时,滴下初期的润湿角为24°。而且由于金属表面的氧化,增加和玻璃的相溶性,其封接界面一般由较强的极性键结构,促进了玻璃和金属的润湿性。

因此,无论哪种金属材料,不管是铁合金、铜、铀或钼等,封接前都需经过预氧化步骤,让 金属适当氧化,在表面生成一层氧化膜,这样,玻璃与金属表面才能达到良好的润湿,封接体的 质量才有保障。

因此,金属的氧化机理,对阐明封接理论和讨论封接技术是极为重要的。一般认为,要使玻 璃与金属成功地封接,金属表面的氧化物必须致密,并且氧化物的厚度要非常均匀。

①氧化膜的形成金属氧化膜的形成过程可用两个扩散过程说明。氧化初期在金属表面上 形成的氧化物呈岛状,金属离子穿过氧化物层向外扩散;而氧则在氧化物-空气界面上吸附,氧 离子穿过界面并通过氧化物层向内扩散,形成离子型晶体结构的金属氧化物层。氧化膜成分连续 改变,这两个扩散过程也同时并存。因氧离子半径(0. 14nm)大于金属离子半径(0.065nm左 右),所以氧的扩散较小,金属离子的迁移率较大,氧化膜主要形成在外表,向外生长,金属表 面可能的氧化过程。

以金属钛的氧化过程为例,氧化膜大致分为三层 TiO-Ti203-TiO2,它们的氧含量从外向里逐步递减。钛 在500〜800°C氧化后,由于TiO的容积最大,钛离子容 易穿越,朝外扩散;而Ti203的空位浓度大大低于TiO,

阻挡了钛离子的扩散,在含氧量最高的Ti02层中,钛 离子的扩散受到严重阻碍,从这个角度而言,氧化膜的 形成取决于氧的扩散。

②金属价态的影响一般金属与玻璃的封接主要是 利用金属的低价氧化物和玻璃封接。那么为什么低价金 属氧化物与玻璃能获得良好的润湿能力,这种现象通过 电力结合学说可以得到满意的解释。

该学说从金属氧化物属于离子晶体的观点出发,说明金属离子半径的大小随金属化合价的高低而 不同。在高价时,金属原子内层价电子也参加了化合作用,从而就构成离子的观点来看,金属离子半径变小了。



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