第三章 微波管零件的连接3

§3.2零件的其它连接方式

虽然不如常用方法用得广泛和频繁，但有时对一些有特殊要求的零件的连接还是有用的。3.2-1压力焊在常温下，或者通过适当的方式加热至一定温度下，对工件结合面施加压力，使之连接在一起的方法称为压力焊。

3.2-1压力焊

原理：依赖于在压力作用下材料产生的塑性变形、再结晶和扩散等作用实现焊接的，焊接区金属仍处于固相状态。压力焊种类：电阻焊、扩散焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、爆炸焊、旋弧焊接等。

（四）冷压焊冷压焊在室温下对工件施加强大的外加压力，使被焊件产生塑性变形，焊接表面紧密接触，当间距达到只有几埃时（1埃=1×10-8厘米），形成原子间结合，从而使两金属表面间产生强大吸引力，将两工件牢牢地焊在一起。特点:室温下焊接，焊接过程中材料变形的速度也不会引起焊接接头的升温，也不存在界面原子的扩散。冷压焊不会产生焊接接头常见的软化区、热影响区和脆性中间相，特别适合用于热敏感材料、高温下易氧化的材料以及异种金属的焊接。微波管制造中应用主要用于金属排气管的封离。对排气管进行气密焊接并与排气台脱离，冷压焊可以说是唯一可选择的也是最合适的焊接方法。影响冷压焊质量的主要因素：焊接件表面状况清洁程度、粗燥度塑性变形程度适宜的塑性变形量，质量好退火是关键连接

封接

焊接机械连接粘结

陶瓷与金属的封接玻璃与金属的封接

电阻焊、钎焊、熔融焊、冷压焊、

扩散焊、摩擦焊零件连接3.2—2机械连接常见的最普通的零件连接方法。螺钉连接、铆接、绑扎等微波器件制造中，什么情况采用机械连接？不需要气密连接连接强度要求不高，定位要求不太高不适合焊接的零件经常拆卸须调整的零件常见的机械连接方法螺钉（以及螺帽）连接法：固定保护罩、调谐运动件铆接法：散热片、定位销折叠法：保护罩绑扎法：行波管磁钢特殊的机械连接方法：

夹持法（1）夹持法特指——行波管中螺旋线与夹持杆的固定（a）屏蔽筒弹性变形法

屏蔽筒内径必须综合考虑材料的性能，壁厚以及螺旋线的强度、直径和夹持杆的大小等因素正确设计，内径过大，会使屏蔽筒对夹持杆的压力不够，影响夹持杆对螺旋线的压紧程度，即夹持的可靠性降低；内径过小，又会使夹持杆对螺旋线压力过大，引起螺旋线变形。（1）夹持法（b）屏蔽筒塑性变形法塑性变形夹持的质量与屏蔽筒的尺寸（主要是厚度以及直径）、材料以及施加的外力有关。3.2—3粘接法连接利用胶粘剂将零件粘合在一起的连接方法。应用:管外零部件--管座、散热片、磁钢等（一）粘接法的特点与胶粘剂的组成成分（1）粘接法的优缺点优点：（a）不同工件皆可粘接；不论材料、机械、物理、化学性能不同，还是大小不同、简单与复杂不同等等。（b）重量轻（c）粘接接头的应力分布均匀（d）易实现多种功能：密封、导电、绝缘、防腐蚀、隔热等；接头表面光滑、平整。（e）工艺简单，操作方便，效率高，成本低。（1）粘接法的优缺点

缺点：（a）强度低，特别抗冲击强度和剥离强度低；（b）使用温度局限大，一般100~150℃，少数可达250℃

。（c）存在老化问题；（2）胶粘剂的组成胶粘剂种类多，含有多种成分组成，包括：（a）基料——胶粘剂的基本成分，使胶粘剂具有粘附特性的材料；通常有天然高分子物质、合成树酯和橡胶及混合物质。（b）固化剂不同的粘料、性能要求以及工艺，使用的固化剂也不同。（c）增塑剂（增韧剂）提高其耐冲击能力，增加韧性。（d）填料降低固化收缩率、线膨胀系数和降低成本。提高、实现功能。（e）稀释剂调节粘度（二）常用胶粘剂（1）环氧树脂胶粘剂使用最多，粘合力强，适应范围广；通常200℃以下。（2）酚醛树脂胶粘剂能耐较高温度，可在300℃下使用；性较脆，剥离强度较差，

（3）有机硅胶粘剂耐高低温、耐腐蚀，优良的电气绝缘性能，防水性和耐气候性。用途广泛而重要。（二）常用胶粘剂（4）其它胶粘剂（a）导电胶。

在绝缘的环氧树脂或有机硅树脂中加入导电性能好的金、银、铜、石墨等粉末，配制成胶粘剂，就成为导电胶。使用最多的是银粉。

3.3陶瓷与金属的封接由于陶瓷在机械、物理、化学性能上都比玻璃优越得多，现代电真空器件已经越来越多地采用陶瓷来代替玻璃作为绝缘材料。微波管已经毫无例外都采用了金属—陶瓷结构。金属—陶瓷结构的实现首先依赖于金属材料与陶瓷的气密连接——封接。陶瓷封接方法：陶瓷金属化法、活性金属法、氧化物焊料法和压力扩散法等。陶瓷金属化法封接分为陶瓷金属化和已金属化陶瓷与金属零件的钎焊两个步骤。3.3-1钼锰法陶瓷金属化陶瓷金属化：在陶瓷封接处的表面上覆上一层与陶瓷牢固粘结而又难熔的薄薄金属层。通常采用烧结金属粉末法：利用金属粉末涂在陶瓷表面，在还原性气氛中高温烧结，从而在陶瓷表面形成一层金属层的过程。根据金属粉末的配方不同，它又有钼锰法、钼铁法、钨铁法等，其中以钼锰法应用最广泛，工艺最成熟。

（一）钼锰法金属化机理与特点（1）钼锰法金属化的机理以钼粉、锰粉为主，加金属氧化物活性剂Al2O3、MgO、SiO2、CaO等，在还原性气氛中高温烧结。（a）钼由疏松的钼粉烧结成金属性的多孔钼海绵层。（b）氧化锰和配方中的其它氧化物互相溶解和扩散，生成熔点和粘度较低、流动性好的玻璃状熔融体。（c）熔融体向陶瓷中扩散与渗透，同时对陶瓷中的氧化铝晶粒产生溶解作用，促使界面附近氧化铝晶粒长大。

（1）钼锰法金属化的机理（d）熔融体与陶瓷中的玻璃相作用，生成粘度更小流动性更好的玻璃态熔融体，并反过来向金属化层中扩散与渗透，填充钼海绵层中的空隙，并浸润略微氧化的钼海绵表面。——钼与玻璃相的封接。（e）冷却后，陶瓷与金属化层界面附近的互相渗透的熔融体变成玻璃相，从而在陶瓷与钼海绵之间形成一层过渡层。（f）金属化钼层上镀镍、烧结，使钼层与镍层结合牢固，二次金属化。（2）钼锰法金属化的特点优点：

（a）工艺成熟、稳定；（b）封接强度高，（c）对焊料、金属化膏剂配方以及烧结气氛的要求不很严格，工艺容易掌握。缺点

：金属化温度高，容易影响陶瓷的质量；要求高温氢炉；工序周期比较长。（二）钼锰法金属化工艺（1）陶瓷件处理封接表面研磨，达到要求的光洁度、平整度，尺寸；清洗，去除表面油污和其它污染、杂质；（2）配膏与涂膏配方是金属化的关键，不同的陶瓷、不同的工艺过程，往往配方也不同。（3）金属化烧结湿氢中烧结，烧结温度1,400~1,500℃，保温40~60分钟，使膏层与陶瓷表面进行充分的物理、化学反应。（4）镀镍与烧结电镀方法镀上一层厚度约为3~8微米的镍层，然后在干氢中在1,000℃温度下烧结15~25分钟。3.3—2活性金属法陶瓷封接活性金属：钛、锆、钽、铌等对氧化物和硅酸盐等物质具有较大的亲和力金属元素。利用一些活性金属直接将陶瓷与某些金属封接。（一）活性金属法的机理与特点（1）活性金属法的机理活性金属易与一些金属如银、铜、镍等在低于各自熔点的温度下形成液相合金，处于液相状态下的活性金属与陶瓷表面充分接触并发生反应，从而完成金属与陶瓷的封接。

活性金属对陶瓷的亲和力以钛、锆最为明显。钛在常温下稳定，合金的强度高，活性大，与陶瓷粘结牢固，更多地被用作封接的活性金属。根据所用金属或合金的不同，活性金属法就可以分为钛—银—铜法、钛—镍法、钛—铜法等。

（2）活性金属法的特点优点：（a）一次高温加热，工序少、周期短，温度低（800~1,000℃）；陶瓷零件不会变形；（b）对陶瓷的适应性强，各种不同压电陶瓷都可封接。缺点：（a）真空中进行，生产效率低；（b）蒸发率较高的金属如银等容易蒸发到瓷件或管内其它零件上去，导致绝缘性能下降，漏电增大；c）活性金属合金较硬、脆，封接处陶瓷应力大，封接强度不如金属化法；（d）封接结构要求较高，套封和针封难以实现封接；（e）封接后无法返修，一旦封接失败，零件与瓷件都将报废。

3.3—3金属—陶瓷封接结构

陶瓷和金属钎焊时，由于两者膨胀系数、比热、导热系数差别很大，使得封接处必然会产生应力。当应力达到一定程度时，就会引起封接面漏气、甚至造成瓷件炸裂。设计合理的封接结构和封接工艺，对陶瓷金属封接是相当重要的。金属—陶瓷封接的结构形式可分为平封、套封、针封和对封四类。

（一）封接结构的基本形式

（1）平封陶瓷环端面或者陶瓷片的平面与金属零件平面封接的一种结构。

单面封夹封应力较大可消除部分应力（1）平封

特点：（a）结构简单，装架方便，金属和陶瓷零件加工容易；（b）轴向精度或高度易精确控制；（c）结构紧凑、体积小。应用：枪壳、杯形窗（一）封接结构的基本形式（2）套封金属圆筒形零件与陶瓷环（或者陶瓷片）相套的封接。（2）套封特点：（a）封接强度较高，耐热性好。（b）零件配合要求严格，陶瓷零件加工较困难。应用：热丝引线、阴极瓷筒、盒形窗。（3）针封金属实心细杆或丝与陶瓷的封接。特点：轴向和径向应力较大，直径较粗、膨胀系数相差较大时，易采用过渡封接。应用：高压引线、同轴输能窗。

（一）封接结构的基本形式（4）对封平封的一种特殊形式，陶瓷件只有端面的一部分与金属薄圆环的端面相封接。特点：轴向应力比平封小，封接强度高，抗热冲击能力强。应用：阴极瓷筒、输能天线的陶瓷罩。（二）封接结构的设计原则总则：采用各种方法减少封接应力。（a）金属材料与陶瓷的热膨胀系数应尽可能接近，（b）尽量使陶瓷零件受压应力，陶瓷的抗压强度一般比抗拉强度大10倍左右。（c）利用金属零件的弹性、塑性变形减小封接应力；，（d）采用补偿瓷环（去应力瓷环）或者金属补偿（e）采用过渡封接减小封接应力；（f）选择塑性好的焊料、选择合理的焊料放置位置。

对具体的结构形式，在设计时应注意：（1）平封（a）单面平封的应力较大，应尽量选择与陶瓷膨胀系数相近的金属4J33、4J34；封接处金属厚度一般可控制在0.2~0.4毫米范围；（b）采用夹封时，可采用可伐、镍铜、无氧铜；金属零件厚度可放宽至0.5~2毫米。补偿瓷环的高度可用下述经验公式来估计：

（2）套封（a）外套封，金属材料的膨胀系数应比陶瓷大；使陶瓷封接处承受压应力。（b）内套封，应选取两者膨胀系数比较接近的材料。如4J34（c）套封的封接宽度不宜太宽，金属零件封接处的厚度在满足强度要求下尽可能薄些；（d）对于单端外套封结构，可在焊缝另一端设计一个金属补偿自由端，利用它所产生的弯曲力矩来抵消原自由端所产生的弯曲力矩；（e）金属塑性好膨胀系数相差大的外套封，可采用限制径向膨胀的套封结构。金属外壁钼丝捆扎。（3）针封直接针封多数采用钼或者可伐丝；直径一般不大于2毫米，直径大时，就应采用过渡针封。（4）对封通常采用可伐；壁厚1毫米左右。3.4玻璃与金属的封接

玻璃的特点：透明、透光率高容易加工成各种复杂形状。用途：气体放电管、少数反射速调管、显示器件、光电子器件。金属与玻璃封接，先将玻璃熔融了再与金属封接的，所以金属—玻璃的封接也往往称为熔封。

3.4—1金属—玻璃封接的机理与材料（一）玻璃与金属封接的机理

熔化的玻璃浸润金属表面生成的某种氧化物，金属氧化物一方面与金属本身结合十分牢固，另一方面又能溶解到熔化的玻璃中去，在金属氧化层与玻璃之间形成一个成份渐变的过渡层，正是这一过镀层把玻璃与金属氧化层紧密的粘结在了一起，即实现了金属—玻璃封接。

影响封接质量的关键因素（1）金属氧化物的成分随着对金属加热温度不同，金属表面可能生成低价氧化物或者高价氧化物；低价氧化物能被玻璃浸润，结合牢固。高价氧化物结构疏松，与金属结合强度差。（2）氧化层的厚度适宜太薄不能形成足够的过渡层，影响金属化层与玻璃的结合；太厚氧化层本身组织松散。为了获得厚度合适，结构成分正确的金属氧化膜层，必须严格控制好氧化的温度和时间。

（二）与玻璃封接的金属材料

玻璃与金属熔封主要考虑两者的膨胀系数尽量接近，如果相差过大，就要从封接结构等方面来考虑，以抵消封接引起的应力，避免炸裂。常用与玻璃封接的金属材料

（a）钨。膨胀系数46×10-7/℃，与钨组玻璃相封接。钨杆应研磨外圆，消除拉制过程中可能出现的表层裂缝。封接面呈金黄色至红棕色。（b）钼。膨胀系数55×10-7/℃，与钼组玻璃封接。封接界面应呈灰棕色、鼠灰色。（c）铂。膨胀系数90×10-7/℃，与铂组玻璃相封接。（d）铜。膨胀系数高达178×10-7/℃，不能与任何玻璃进行匹配封接；薄边刀口封接和薄铜片的盘形封接。