陶瓷金屬端封結構

梁曉川,高 巖

(陜西寶光真空電器股份有限公司,陜西 寶雞 721006)

1 引言

陶瓷——金屬端封結構是繼平封、套封、針封等結構型式之后，發展起來的一種高強度氣密性焊接結構。國內大部分滅弧室制造企業在進行陶瓷-金屬封接結構設計中以大量采用。部分平封、套封和夾封結構都可以用端封結構來代替。見圖1。該結構之所以引起大量使用，是因為有很多優點。

（1）金屬零件加工簡單。 金屬零件可以可以沖制。陶瓷零件無需復雜的內外圓研磨。加工成本降低。

（2）零件裝配方便，不存在配合間隙，焊料用量及流散狀態易控制，焊縫氣密性高，質量易保證。封接強度亦高。（3）根據文獻報道，端封結構可適應多種金屬與陶瓷的封接，甚至膨脹系數失配較大的金屬和陶瓷進行封接。如不銹鋼、鉬等金屬也可以直接與陶瓷直接端封封接。

由于以上種種原因，近年國內外應用端封結構的實例已較為普遍。作者曾應用不銹鋼與陶瓷進行端封試驗，進行了工藝嘗試，得到了一些數據。

2 端封結構和平封結構應力分析比較

我們知道，陶瓷與金屬封接成一體后，當溫度發生變化時，由于膨脹系數不同，焊縫處的陶瓷受金屬的約束會產生應力，這種應力就是封接應力。封接應力的方向和大小正是衡量封接質量好壞的一個重要表征。根據文獻介紹封接應力分布情況見圖2。

從圖2中可看出，封接應力可以分解為軸向應力ax，周向應力aq。兩種應力中ax危害性最大。因為它在焊縫處附近出現了正的最大值。使陶瓷焊縫處受到拉應力，周向應力aq值也最大。但它是負的最大值，使陶瓷焊縫處受到的是壓應力，不會對陶瓷封接面造成應力威脅。所以只有軸向應力ax才是造成陶瓷封接處破壞的危險封接應力。

平封結構焊口處上的各應力分布情況和端封結構封口處上各應力分布情況見圖3。

從圖3中兩種結構應力分布情況可看出，在陶瓷零件幾何尺寸相同，金屬零件厚度亦相同時，端封結構與平封結構相比，端封結構中ax要比平封結構中的ax小很多。從而說明端封結構要比平封結構安全性高。

3 端封結構封接強度

封接強度是封接部件性能要求中最為關鍵的一項技術指標，而抗拉強度測試是最為常規也是最能說明問題的一種測試方法。這里仿ASTM法進行抗拉強度測試，見圖4。

圖4 抗拉強度式樣

表1 標準抗拉強度試樣測試情況

表2 端封部件抗拉強度情況

從表1和表2中抗拉強度結果看，盡管端封封口很窄，可是其直接拉力和單位面積上的抗拉強度都比平封高，足見端封結構強度是牢固的。這里也啟發我們，衡量一個封接件的強度不僅僅取決于封接面的大小，還必須要有合理的封接結構和優良的封接工藝。

4 端封結構封接氣密性

氣密性陶瓷---金屬封接件對于用于真空器件的外殼來說，氣密性能要求是非常高的。而且往往還需要封接部件要經歷500C-----600、幾小時或十幾小時的高溫烘烤，多次的冷熱循環過程。這樣就必須使

封接件經受多次的冷熱循環及熱烘烤后，其封接氣密性同樣得到保證。熱沖擊與熱烘烤試驗科通過模擬試驗進行。

表3 試驗過程及條件

表4 試驗結果(試驗件5件)

從表4得知，端封結構經多次冷熱沖擊和熱烘烤后其真空氣密性也是可靠的。

5 端封實際應用

對于陶瓷----金屬端封結構，以前我們認識不足，沒有及時得到廣泛應用，隨著對端封結構的研究試驗的深入開展，該結構現已成功應用在大量的真空器件外殼。已經顯示出了它的優良性能，獲得了令人滿意的結果，并為這種封接結構的推廣應用展示了更廣闊的前景。

6 結論

綜上所述，可以得到以下結論：

（1）端封結構零件加工簡便，成本低廉。

（2）端封結構封接應力較小，可望實現與陶瓷膨脹系數較大的金屬材料進行封接。

（3）可減少封接件徑向尺寸，縮小產品體積。

（4）端封部件氣密性極易保證，而且抗拉強度比平封高。

[1]劉連寶.陶瓷--金屬封接技術指南[K].國防工業出版社,1986.