面向核電的玻璃-金屬密封型電氣貫穿件應力檢測方法研究進展

向 恒，鄭睿鵬，李靖威

(生態環境保護部核與輻射安全中心，北京 100082)

0 引 言

進入21世紀以來，人類面臨的能源問題愈加嚴峻，傳統化石能源資源枯竭，環境污染嚴重，給人類生產生活帶來了巨大挑戰。在中國的能源結構中，不可再生能源占據很大一部分，要想實現可持續發展，必須發展新型能源、清潔能源和可再生能源。核能作為一種新型清潔能源引起了學者的廣泛關注[1]。《新時代的中國能源發展》白皮書顯示，中國在運核電裝機容量居世界第二，在建核電裝機容量居世界第一。發展核能是未來的一個重要方向，伴隨著核能系統的不斷發展，對核反應堆用材料和設備也提出了更為嚴苛的要求。

作為一種專用電氣設備，電氣貫穿件(electrical penetration assembly, EPA)的主要功能是實現核反應堆內數以千計的電氣電子設備的電能輸送和信號傳輸，保證正常和事故工況(地震、失水等)下堆內壓力邊界的完整性，防止放射性物質的外泄[2-3]。目前，國內電氣貫穿件大多采用有機物密封材料，不能滿足第四代核反應堆高溫、高壓的使役條件[4]。玻璃-金屬密封型電氣貫穿件則采用玻璃作為密封材料，相比于有機物密封，玻璃密封的電氣貫穿件具有耐高溫性能好、服役壽命長、密封性能優異、安全系數高等特點，可滿足第四代核反應堆的苛刻需求[5-7]。

對玻璃-金屬密封型電氣貫穿件而言，實現壓力邊界完整性的關鍵在于玻璃-金屬異質材料的有效結合。玻璃-金屬異質材料的封接是玻璃密封型電氣貫穿件制造過程中的核心技術，適當的壓縮應力是電氣貫穿件在嚴苛環境中實現有效密封的關鍵因素[8-11]。因此，研究電氣貫穿件中壓縮應力的表征方法對突破電氣貫穿件中的玻璃-金屬封接技術瓶頸具有重要意義。

本文先對電氣貫穿件的結構進行介紹，并在此基礎上進一步說明壓縮應力對其密封性能的影響，由此引出電氣貫穿件中玻璃應力檢測的幾種方法，依次對壓痕技術、光纖布拉格光柵傳感器技術、熒光光譜技術、有限元方法進行詳細闡述。

1 電氣貫穿件的結構

電氣貫穿件的結構示意圖如圖1所示，電氣貫穿件主要由金屬筒體、密封材料和金屬導針三部分組成[12-13]，三者的有效封接是保持壓力邊界完整性的關鍵。

圖1 電氣貫穿件的結構示意圖

在核反應堆實際使用中，電氣貫穿件的金屬筒體安裝于安全殼或者壓力殼上，金屬導針實現與安全殼或壓力殼內部電氣設備的連接，這樣方能使電氣信號和電能順利傳輸。密封材料在保證金屬導針與金屬筒體之間相互絕緣的同時，起到保證壓力殼或安全殼壓力邊界完整性的作用，可防止堆內放射性物質向外泄漏[14]。

2 壓縮應力對玻璃-金屬封接的影響

適當的壓縮應力是電氣貫穿件能實現密封的重要保障。壓縮應力主要由金屬筒體向內壓縮產生，在電氣貫穿件的設計中，通過合理控制電氣貫穿件各個部分的熱膨脹系數(coefficient of thermal expansion, CTE)，使玻璃密封材料的熱膨脹系數比金屬筒體的熱膨脹系數低，而金屬導針的熱膨脹系數略低于或接近于玻璃，從而得到所需的壓縮應力。

在封接過程中，從封接溫度降低至室溫時，金屬筒體由于熱膨脹系數更高而具有更高的收縮速率，對內部的玻璃施加一定的壓縮應力。從外部的金屬筒體到中間層的密封玻璃，再到中心的金屬導針，層層壓縮方能保證電氣貫穿件在復雜服役環境中仍具有較高的可靠性[15-17]。

壓縮應力的大小決定了玻璃-金屬界面承壓能力的強弱，并且會影響電氣貫穿件的服役壽命。當內部壓縮應力較小時，玻璃-金屬的界面承壓能力較弱，倘若在高環境壓力工況下，則易發生界面破壞，并最終造成放射性氣體泄漏，導致電氣貫穿件失效。與之相反的是，如果金屬筒體施加給密封玻璃的壓縮應力過大，將導致玻璃區域產生微裂紋甚至直接出現宏觀裂紋。短期來看，微裂紋在服役開始時并不會對電氣貫穿件的密封性產生影響，但是在長期服役的過程中，由于應力和環境的共同作用，微裂紋會逐漸擴展，并萌生宏觀裂紋，最終使電氣貫穿件密封失效[18-20]。

除此之外，電氣貫穿件密封玻璃在反應堆中服役時，長期處在高溫、高環境壓力及較大壓縮應力作用下，將會出現應力弛豫現象，這會使電氣貫穿件中的應力場分布發生改變，最終影響到電氣貫穿件的密封性能。因此，對電氣貫穿件密封玻璃中的應力進行檢測和表征，是驗證電氣貫穿件密封性能和預測其服役壽命的關鍵技術手段。

3 壓縮應力檢測方法的研究現狀

關于電氣貫穿件密封玻璃中的應力檢測，已有文獻報道，其中最常用的方法為壓痕技術[21]、光纖布拉格光柵傳感器技術[22]和熒光光譜技術[23]。盡管在應力檢測方面已經取得了較大進展，但是一些關鍵科學問題仍然亟待解決。

3.1 壓痕技術

壓痕技術由Marshall等[24]于1977年提出，可以用于測量玻璃表面的應力狀態。壓痕技術的原理較為簡單，即利用維氏硬度儀壓頭在玻璃表面形成半硬幣狀的徑向裂紋，通過徑向裂紋的擴展來計算玻璃表面的應力。圖2為半硬幣狀裂紋擴展示意圖，可以看出，當維氏硬度儀壓頭擠壓玻璃表面時，會在玻璃內部形成一定長度的裂紋，裂紋面呈半徑為r的半圓形，因此這些裂紋被稱作半硬幣裂紋。

圖2 半硬幣狀裂紋擴展示意圖

采用壓痕技術對玻璃中的應力進行測量時，根據半硬幣狀徑向裂紋與應力強度因子(Kr)的關系，如式(1)、式(2)[25]所示。

(1)

(2)

在測試時，除了壓頭載荷產生半硬幣狀裂紋的應力強度因子(Kr)外，還需引入半無限體中均勻載荷的應力強度因子(Ka)[26]，如式(3)所示。

(3)

式中：σ為應力；F為邊界修正因子，對于半無限體中的半硬幣裂紋，F取決于三維裂紋前沿的位置。結合Kr和Ka可計算玻璃中的應力狀態。

為完善模型，還需引入K0作為玻璃的參考斷裂韌性。當Kr=K0時，測得無應力狀態時玻璃表面裂紋的長度c；等效地，當Ka=K0時，裂紋長度為均勻加載裂紋的長度c。根據上述應力強度K場的疊加原理可得

K=Kr+Ka

(4)

假設當K=K0時，裂紋穩定，則可得

(5)

(6)

長期以來，學者們大多通過上述方法測量玻璃區域的壓縮應力分布。基于Sneddon[27]的理論工作，Oliver等[28]開發了一種廣泛使用的壓痕方法，可用儀器化壓痕系統測量小體積樣品的彈性模量。基于此，材料的彈性模量可以從卸載曲線的導數中計算出來。不過，當最終壓痕深度與峰值載荷壓痕深度之比超過0.7時，由于堆積的影響，該方法計算所得的硬度值將遠超實際值[29]。Ma等[30]提出了一種基于標稱硬度、折減楊氏模量和卸載功與總壓痕功比的關系來估計所研究材料彈性模量的改進方法，可以避免由堆積效應引起的偏差。然而，該方法用于測定陶瓷材料的彈性模量，尤其是典型的硼硅酸鹽玻璃樣品的彈性模量時，其準確性尚未得到證實。

Soares等[31]使用納米壓痕技術來測量低結晶體積分數的二硅酸鋰玻璃陶瓷中玻璃基質中沉淀物周圍的殘余應力，但測量所得到的殘余應力略低于通過理論模型預測的殘余應力。有研究者認為，該方法不適用于測量晶體-玻璃界面附近約100 μm區域的應力，因為需要較小的裂紋才能測量某一區域的應力，但是一個壓痕所產生的裂紋會與之前壓痕所產生的裂紋相互作用，使裂紋區域發生變化。Peitl等[32]使用壓痕技術來估計沉淀物周圍玻璃基體中的殘余應力分布，測量了徑向和切向的應力分量，同時還使用XRD測量了沉淀物中的殘余應力，與通過壓痕技術獲得的結果進行了比較，通過壓痕技術測得應力值大約是XRD測量和理論模型預測值的30%。Xiao等[33]提出了一種基于尺寸分析和有限元模擬的壓痕有效功比法，從尖銳的壓痕載荷位移數據中提取陶瓷材料的彈性模量，所研究材料的彈性模量可以表示為壓痕功比、壓頭平面應變彈性模量以及所研究材料的標稱硬度的簡單函數。使用Berkovich壓頭對兩個典型的標準熔融石英和硼硅酸鹽玻璃樣品進行壓痕測試，驗證了該方法的有效性和準確性。與傳統的Oliver-Pharr方法進行比較表明，壓痕方法具有精度高、標準偏差小等優點。

壓痕技術足以測量玻璃基體中的殘余應力，這是一種快速、價格低廉的技術。近年來，隨著計算模型的不斷優化完善，壓痕技術測量結果的精確性也在不斷提高。然而，為了獲得可靠的結果，必須依據裂紋形狀才能確定正確的裂紋幾何因子；再者，由于裂紋長度有限，所使用的載荷必須高于某個閾值才能產生裂紋。壓痕技術已被廣泛用于具有大尺寸晶體的微晶玻璃中，但是只能測量密封玻璃的表面應力，不能得到內部的應力分布狀態，并且在進行壓痕時裂紋的擴展路徑通常長達數百微米，因此在測試過程中為了避免各壓痕點之間的相互影響，每個壓痕點的間距需要大于數毫米。同時，壓痕技術作為一種破壞性檢測技術，其在電氣貫穿件封接玻璃應力檢測領域的應用受到較大限制。

3.2 光纖布拉格光柵傳感器技術

光纖布拉格光柵(fiber Bragg grating, FBG)傳感器技術因具有傳感器體積小、靈敏度高及可原位測量玻璃體內部應力等優點而被用來測量電氣貫穿件中的壓縮應力。該技術的基本原理為：使用一束光照射至FBG，部分光將被FBG纖芯折射率周期調制所形成的反射面反射，反射回來的光相互干涉，滿足布拉格定律的光可以相互增強，而FBG反射光中心波長受到應力、溫度的影響，應力或溫度的變化均會導致FBG反射光中心波長的改變，由此，根據FBG反射光中心波長與應力、溫度變化的關系可獲得應力值。計算公式如式(7)～式(10)[22-34]所示。

(7)

(8)

(9)

σ=E×ε

(10)

式中：λB為實時中心波長；λBi為初始中心波長；Pe為應變光系數，是定值；ε為應變；ζ為光熱系數，無量綱；α為光纖的熱膨脹系數，10-6℃-1；ΔT為溫度變化值；λB1和λB2分別為傳感器S1和S2的布拉格波長偏移值。

FBG傳感器應力測量系統示意圖如圖3所示。具體測量方法為：在封接前將傳感器S1植入密封玻璃區域，并將傳感器S2放置于封接樣品附近，然后采用立式管式爐進行高溫封接，傳感器S1測量封接過程中的溫度和應力值，S2測量溫度值。當傳感器處的應力或溫度發生變化時，光學解調儀采集傳感器中反射光中心波長的變化值，根據變化值即可計算玻璃中的應力值。

圖3 基于FBG傳感器的壓縮應力測量裝置示意圖[35]

可以通過封裝或者裸傳感器的方式將FBG傳感器植入玻璃中，通過應變對傳感信號(如強度、譜形、波長等)引起的改變來對結構進行應力監測。設備中容易引發失效的缺陷(如裂紋、翹曲等)在本質上會引起設備的局部應變場大幅度改變，FBG光譜也會因為這種改變而改變。

國內外研究人員利用這一特點對不同結構中的缺陷進行了監測實踐。復合壓板是一種應用廣泛的材料，其易產生裂紋缺陷導致結構失效，因此研究人員嘗試將FBG傳感器植入復合壓板進行裂紋的監測。此方面工作得到國內外一些課題組的驗證，如薩里大學機械工程學院[36]和昆士蘭大學先進材料中心[37]等研究單位通過在碳纖維增強塑料結構中的正交層壓板內植入FBG傳感器，即可通過FBG的光譜展寬現象對結構中的法向裂紋數量進行監測；東京大學Ning等[38]通過半峰全寬(full width at half maximum, FWHM)對黏合搭接接頭中的非均勻應變及裂紋的產生進行預測；東京大學Okabe等[39]對啁啾光纖布拉格光柵(chirped fiber Bragg granting, CFBG)進行裂紋影響下的光譜重構，證明CFBG對法向裂紋位置的敏感性。

Oliveira等[40]通過傳遞矩陣模型(transfer matrix model, TMM)對懸臂梁存在的非均勻應變現象進行了詳細分析；Kim[41]采用TMM方法對金屬包覆FBG傳感器的應變測量能力進行了驗證，顯示結果可靠。Hu等[42]使用FBG傳感器技術測量室溫下密封玻璃中的軸向殘余應力和封接過程中玻璃從880 ℃到20 ℃的軸向殘余應力的變化，結果表明，玻璃中的軸向殘余應力在玻璃化轉變區迅速增加，并隨著溫度的降低逐漸達到一個極限值，在20 ℃時，軸向殘余應力的試驗測量結果為194.35 MPa。Fan等[43]使用基于FBG傳感器的方法完成了對電氣貫穿件密封過程的分析，在密封過程中，加熱溫度和固化溫度由FBG傳感器測量，基于溫度和殘余應力測量試驗，發現FBG傳感器在核電站設備制造過程中的應用是可行的。

不過值得注意的是，如圖3所示，在進行應力測量時，傳感器需要與玻璃區域緊密地連接在一起，這就限制了其測量范圍，即FBG傳感器只能測量玻璃中某一固定位置和方向的壓縮應力。此外，由于光纖傳感器本身的尺寸限制，此種測量方法很難獲取封接界面處的壓縮應力場分布情況。

3.3 熒光光譜技術

熒光光譜技術是利用紅寶石(Cr3+摻雜α-Al2O3)所具有的壓譜效應來測量物體中的應力狀態的測量方法。在20世紀50年代，有學者在研究晶體場理論時，發現紅寶石中的晶體場(O2-主體離子在雜質離子位置所產生的電場)對O2-陣列的大小、形狀、對稱性有較高的敏感性。當紅寶石中產生應變并且改變了O2-陣列時，其晶體場也隨之發生改變，晶體場的改變使得紅寶石的光學吸收和發射特性產生變化，如彈性調節的應力、溫度變化引起的熱膨脹，成分變化引起的離子半徑失配等，這些均能改變晶體場并最終影響到光學特性。紅寶石熒光光譜中的壓譜效應具體表現為：R1和R2峰偏移量與溫度、應力和成分變化呈簡單線性關系[44-48]。

圖4是熒光光譜測量樣品應力的示意圖，測量樣品應力時，采用激光斑照射樣品表面，拉曼光譜儀收集熒光光子并獲得熒光光譜。根據熒光光譜R1或R2峰的偏移量和壓電光譜系數即可計算出樣品表面的應力狀態。

圖4 熒光光譜檢測應力示意圖

從20世紀80年代開始，就有學者開始采用熒光光譜技術進行測量，通過對紅寶石熒光光譜R1和R2峰的偏移量與靜水壓力之間的關系進行校準，并且得到壓電光譜系數(piezoelectric spectral coefficient, PSC)，成功測量了金剛石壓腔中的環境應力值[40]。此外，Grabner[48]構建了力學模型，并采用壓譜效應測量了多晶氧化鋁中的應力分布情況，對多晶氧化鋁中由于各向異性結構和熱膨脹產生的自發微裂紋行為進行了分析。此后，熒光光譜技術得到了廣泛應用，被用來分析含氧化鋁復合材料、藍寶石、單晶薄膜等的應力狀態，并發展成為一種測量應力的標準方法。圖5是典型的紅寶石熒光光譜。

圖5 無應力狀態的紅寶石熒光光譜及彌散到玻璃中的紅寶石熒光光譜(a)和R1峰的偏移(b)[49]

Michaels等[50]通過對氧化鋁熒光光譜中R1和R2峰偏移量的測量，得到了氧化鋁晶粒間亞微米級分辨率的應力分布圖，指出采用精準定位R1和R2峰位置的方式，可以提高氧化鋁中的檢測應力精確值。在通過燒結方式得到的多晶氧化鋁中，氧化鋁晶粒中的應力與其結構是緊密相關的，少量的小尺寸氧化鋁晶粒中的殘余應力約為350 MPa,而通過改變燒結工藝參數的方式制備具有特殊晶粒尺寸和晶粒尺寸分布的氧化鋁，可以實現對多晶氧化鋁中殘余應力的調節。

Esteves等[51]采用在復合材料表面制備具有壓譜效應涂層的方式，對復合材料在機械測試中的應力分布進行了測量,結果發現，通過涂層壓譜效應測量的應力值與電子背散射衍射(electron back scattering diffraction, EBSD)測量所得到的應力值高度吻合。此外，在測試中還發現，涂層中紅寶石顆粒的體積分數改變并不會影響測量結果的精確性，但是可以通過對涂層中紅寶石顆粒體積分數的調控來增強涂層的熒光光譜感知能力，這會使樣品表面的應力分布狀態變得更易測量。Li等[49]將紅寶石粉末嵌入玻璃中，采用紅寶石熒光光譜技術成功測量了具有高空間分辨率的壓縮密封件的應力場,結果表明，根據應力的大小，玻璃被細分為四個區域，最大壓應力位于離界面15～20 μm處。

總的來說，熒光光譜技術具有以下特點：(1)較高的空間分辨率,當測試時的激光斑直徑較小時，熒光光譜的理論空間分辨率可以小于1 μm;(2)無損檢測，在測量過程中采用無接觸式測量，僅有激光照射至樣品表面，并不會改變樣品的應力狀態；(3)結果可靠，隨著熒光光譜技術的不斷發展，測量結果的精度也在不斷提升，測試所得應力分辨率可小于1 MPa。

3.4 有限元方法

除壓痕技術、光纖布拉格光柵傳感器技術和熒光光譜技術之外，對于玻璃-金屬封接件，也有諸多學者寄希望于利用材料本身的物理特性來對壓縮應力進行理論計算，從而得到封接界面的壓縮應力。從20世紀70年代開始，經過數十年的發展，相應的理論計算公式也較為成熟，玻璃-金屬封接件界面之間的壓縮應力可以通過式(11)～式(14)[18-19]計算。

(11)

(12)

(13)

Δε′=(αglass-αpin)(Tset-Tambient)

(14)

式中：σ′Z(glass)為玻璃所受的軸向應力；σ′r(glass)為玻璃所受的徑向應力；σ′θ(glass)為玻璃所受的環向應力；αglass和αpin分別為玻璃和金屬導針的熱膨脹系數；v為泊松比；Δε′為軸向應變分量；E為彈性模量；Tset為設置溫度；Tambient為環境溫度；r1為導針外徑，r2為玻璃外徑，如圖6所示。

圖6 理論計算參數示意圖

玻璃和金屬筒體側的應力可通過式(15)～式(17)計算。

(15)

σ″r(glass)=σ″θ(glass)=1/2σ″Z(glass)

(16)

Δε″=(αglass-αcylinder)ΔT

(17)

式中：αcylinder為金屬筒體的熱膨脹系數；r3為金屬筒體外徑。通過式(15)～式(17)可獲得玻璃在各方向上承受的總壓縮應力。

σZ(glass)=σ′Z(glass)+σ″Z(glass)

(18)

σr(glass)=σ′r(glass)+σ″r(glass)

(19)

σθ(glass)=σ′θ(glass)+σ″θ(glass)

(20)

盡管這種方法相對簡單，所得的計算結果僅與材料的熱膨脹系數、彈性模量等有關，但是這種方法仍然給玻璃-金屬封接件應力的表征提供了思路。隨著計算機技術的快速發展，人們在數值計算的基礎上開發了有限元分析(finite element analysis, FEA)方法。采用有限元分析法，人們可以利用數學近似對玻璃-金屬封接的服役工況進行模擬，從而得到封接件中的應力場分布情況[52-54]。

有限元分析方法因成本低，速度快，代價小，并且可以計算復雜幾何形狀而被廣泛應用于玻璃-金屬封接件的應力模擬與預測。1978年，有學者[55]把玻璃簡化為彈性模型進行有限元模擬，輸入玻璃的彈性模量、泊松比和熱膨脹系數以及無應力時的參考溫度，得到的計算值與試驗值比較相似，并且討論了玻璃的斷裂行為。1987年，研究人員[56]利用高級非線性有限元軟件MARC開發了玻璃的黏彈性模型，將描述玻璃殘余應力分布中應力和結構松弛效應的黏彈性理論納入有限元程序，計算了玻璃零件幾何結構和熱歷史導致的殘余應力。2016年，美國桑迪亞國家實驗室[57]將有機熱固性塑料的彈性勢能鐘模型應用于無機玻璃，結合材料的溫度依賴性模量等數據，通過玻璃形成過程中的應力、體積變化精準預測應力、應變。Lei等[58]在太陽能集熱管的研究中運用了不同尺度的逐級模型，首先用蒙特卡洛法計算選擇性涂層和玻璃外殼上的太陽能分布，以其計算結果為邊界，利用流體動力學計算對接收管內的流動和傳熱進行分析，最后在有限元分析中利用溫度分布數據，計算接收器的熱應力和應變。

徐佳濟[59]利用有限元模擬的方法對玻璃-可伐合金匹配封接過程中殘余應力的形成機理和特性進行了分析，評價了封接件中接觸件臺階、玻璃管壁厚度等結構的設計對殘余應力的影響。譚明明等[60]通過利用順磁耦合有限元熱應力計算的方法，對玻璃-金屬封接過程中的壓縮應力進行數值模擬，結果顯示，對封接件應力值影響比較大的因素是金屬筒體厚度，而密封玻璃本身對封接件應力值的影響并不大。Dai等[61]采用有限元方法，對利用SL16和NL16兩種類型玻璃所制備的封接樣品在熱循環封接過程中的應變規律進行了研究，結果表明，在450 ℃至室溫熱循環時，兩種玻璃封接樣品的界面均結合緊密，當循環溫度為475 ℃時，SL16玻璃封接樣品中出現了界面縫隙，而NL16玻璃具有與金屬更接近的熱應變速率，封接后金屬變形較小，有效抑制了界面縫隙，其制備的封接樣品在550 ℃熱循環時仍保持密封。有研究展示了一種通過設計玻璃和金屬之間的撓式結構來減輕電氣貫穿件玻璃中應力集中的方法，建立了改進的電氣貫穿件有限元模型，其中考慮了材料機械性能的溫度依賴性。有限元模型通過設置退火行為來模擬高溫下玻璃的應力弛豫，通過FBG傳感器技術的試驗測量證明所構建的有限元模型是可靠的。

數值分析的結果對結構的設計與優化有重要的參考價值。采用有限元分析法可在制備封接件之前對各組分的應力場分布進行模擬，從而指導試驗開展，提高研究工作效率。但是也應該認識到，在使用此方法時，需考慮模型是否合理，物理參數是否精確，這些因素對壓縮應力模擬數值的真實性起著關鍵作用。并且，在玻璃-金屬密封型電氣貫穿件中，玻璃-金屬的界面處存在過渡區域，過渡區的模型建立和參數測量十分困難，因此，對于過渡區的應力分布及其影響規律而言，有限元模擬目前較難實現。

4 結語與展望

電氣貫穿件中應力的測量一直是其研究的重點和難點，已有壓痕技術、光纖布拉格光柵傳感器技術、熒光光譜技術和有限元方法等，可以對密封玻璃中的應力進行表征或模擬。光纖布拉格光柵傳感器技術、熒光光譜技術是測量殘余應力大小的有力方法。壓痕技術可以估算玻璃基體殘余應力，但必須仔細選擇應用壓痕技術的適當條件。有限元方法因其可以模擬計算復雜幾何形狀的應力分布情況而被廣泛應用于電氣貫穿件的應力研究。盡管如此，目前的方法尚不能完全實現應力的原位、精確、全面測量。在電氣貫穿件壓縮應力測量方面，還有以下問題亟待解決：

(1)電氣貫穿件封接界面處的壓縮應力測量困難。盡管前述方法能測量電氣貫穿件中玻璃區域的應力，但是在測量界面處的應力時仍然存在一定的局限性。壓痕技術和光纖布拉格光柵傳感器技術的測量分辨率均為毫米或厘米級，無法精確獲取封接界面處的壓縮應力分布。因此，亟須發展一種高精度、高分辨率的壓縮應力測試方法，明確電氣貫穿件中封接界面的真實應力狀態。

(2)電氣貫穿件中的應力弛豫研究亟待加強。目前對宏觀尺度準靜態結構的力學特性表征方法相對成熟，但對于多場作用下玻璃-金屬界面的動態力學特性測試尚無有效手段。

總之，開拓并發展能夠高精度、高分辨率測量電氣貫穿件應力的新方法和應用測試新技術，比如采用高能X射線、中子衍射、核磁共振等方法測試表征玻璃中的殘余應力，這對促進玻璃-金屬密封型電氣貫穿件的工程應用具有重要意義。