陶瓷封接合金的匹配性研究

D0I:10.13374/i.issn1001一053x.1980.01.007 北京钢铁学院学报 1980年第1期 陶瓷封接合金的匹配性研究 北京钢铁半院精密合金教研室李松茂葵秀凌 北京电子管厂三分厂技术组 陈树坤 摘 要 本文介绍了热膨胀示差法测量金属与陶瓷的封接应力的装置，参考陶瓷电子管 的制管工艺要求，用这种救备测定了两种Fe-Ni-Co膨胀合金<牌号4J29、4J33>、 无氧铜等与95%A1203陶瓷制成的封接件，在室温之800°C之问瓷件应变量随温度 的变化曲线，实验表明，对具有“因瓦反常”效应的4J29、4J33合金，室温封接应 力不是决定于在焊接温度时两种材料的膨胀差，而是决定于在合金居里温度<约 400°C>的膨胀差值，在此温度，合金的平均线膨胀系数越低于陶瓷，室温封接应 力越低，这一结果和用电阻应变仪法测量的相一致，封接过程中的应力松弛作用表 明了产生这种现象的原因。实验还表明，在高温下的焊料变形和无氧铜的塑性变形 ”·均对封接应力有显著影响。 随着陶瓷电子管及器件的发展，陶瓷封接合金的种类不断增加；但是，现在还没有一种 合金，在封接要求的温度范围内的膨胀系数与一种真空陶瓷完全一致，这种差别必然产生电 子管的宏观封接内应力。室松(1)等根据薄壳结构理论，计算出了单面平封时金属弯曲刚性 为∞、0情形下瓷环内的最大轴向弯曲应力。而瓷环轴向弯曲应力¤M、径向应力·，及园周 应力o。的分布状态如图1，Sandford ScoLe〔2)用电阻应变仪测量了封接瓷环的室温 图1封接瓷环的室温应力(a金属>a陶瓷) 应力，BaTHrHI B、H〔3)〔4)用这种方法测定了封接金属的室温应力，与他的理论计算 结果相一致，他还计算了夹封结构的高温应力，如图2所示，图2给出了用Ag-C“焊料 <熔点779°C>把无氧铜和陶瓷高温焊接后，在封接降温及重新加热时的应力一温度关系曲 线，计算说明封接降温过程中，金属变形量超过了弹性极限，重新加热时出现张应力状态， 但是没有高温封接应力实际测量结果。他的著作还给出了焊料的高温松弛曲线，这些曲线是 用模拟实验测定的。BaTHrN B、H等人的工作说明，必须综合考虑材料的膨胀性能，力 学性能及焊料的松弛作用等对封接应力的影响，需通过实际测定制管过程中的封接应力，才 能更好地确定封接金属的匹配性。 59

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 9 8 1 1 0 陶瓷封接合金的匹配性研究 北 京钢铁 学院精 密合 金 教研 室 李松茂 婆 秀凌 北京 电子 管厂 三 分厂 技 术组 陈树坤 摘 要 本文介绍 了 热膨胀 示 差法 测量 金属 与陶瓷的封 接应 力 的装置 , 参考陶 资电子 管 的 制 管工 艺 要 求 , 用 这种视备 测 定 了 两种 F e 一 N 卜 C 。 膨胀合 金 < 牌号 4 2J 9 、 4 3J 3 > 、 无 氧铜等 与9 5 % A I : 0 3 陶瓷制成 的封接件 , 在 室温之8 0 0 O C 之 间瓷件应 变量 随温 度 的变化 曲线 , 实验 表明 , 对具 有 “ 因互 反常 ” 效 应 的4 J 2 9 、 4J 3 合 金 , 室温 封接应 力不 是 决定 于在 焊 接温 度 时 两 种材 料 的膨 胀差 , 而 是 决定于 在合 金 居 里 温 度 < 约 40 0 0 C > 的膨胀 差值 , 在此温度 , 合 金 的平 均 线 膨胀 系数 越低于陶 瓷 , 室温 封接 应 力越低 , 这 一 结 果和 用 电 阻应 变仪 法 测量 的相一 致 , 封接过程 中的应 力松 弛作用表 明 , 了产生这 种现 象 的原 因 。 实验 还表明 , 在 高温下 的焊 料变形 和 无 氧铜 的塑性变形 、 均对封接应 力有 显著影 响 。 随 着陶 瓷 电子 管 及 器件的发展 , 陶 瓷封接 合金 的种 类不断 增加 , 但是 , 现在还 没有一种 合金 , 在 封接 要求 的温 度范围内的膨胀 系数 与一 种真空 陶瓷完全一 致 , 这种差 别 必然产生 电 子管 的宏 观封 接内 应 力 。 室 松〔1 〕等根 据 薄 壳结 构 理论 , 计 算出 了单面 平封时 金属 弯曲刚性 为 o0 、 仓清形下 瓷环 内的最 大轴 向弯 曲应 力 。 而 瓷环轴 向弯曲应 力 o M 、 径 向应 力 a r 及 园周 应力。 。的分布状 态如图 1 , S a n d f o r d S 。 。 L e 〔幻 用 电阻 应 变仪测 量 了 封接瓷环 的室温 口认 入 只 入 入 入 例 x 又 义 油山 穿 丫 丫 丫 甘、 了 甘 丫 一 l丫 K 入 洲 义 洲 乙 交 l 除 丫 丫 丫 丫 丫 丫 丫 杰、 l 曰 图 l 封接瓷环 的 室温 应 力( a 金 属> a 陶瓷 ) 应 力 , B aT o r IH ; B 、 H 〔3〕〔4〕用 这 种方 法 测定 了 封 接金 属的 室温 应 力 , 与他 的 理 论计算 结果 相一 致 , 他 还 计 算了夹封结构 的 高 温应 力 , 如 图 2 所示 , 图 2 给出了 用 A g 一 C u 焊料 < 熔 点 7 7 9 O C > 把无 氧铜 和 陶瓷 高温 焊接后 , 在 封接降 温及 重 新加热时的应 力一温度关系曲 线 , 计算说 明封 接 降温过程 中 , 金 属变 形量 超过 了弹性 极限 , 重新 加热 时出 现张 应 力状 态 , 但是没有 高温 封接应 力 实际 测量 结 果 。 他 的著作还 给 出 了焊 料的高温松 弛曲 线 , 这些 曲线是 用 模 拟实验 测 定 的 。 B aT 、 r 二 H B 、 H 等 人 的工 作 说 明 , 必 须综 合考虑材 料 的膨 胀性能 , 力 学性能 及焊料的松 弛作用等对封接应 力的影响 , 需通过 实际 测定 制管过 程 中的封 接应 力 , 才 能更 好地 确定 封接金 属 的匹 配性 。 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1980. 01. 007

电子管的封接温度取决于所用焊料的熔点，一般在 800°C~950°C之间，目前，用电阻应变方法不能满足 2 这样的高温测量要求。 15 根据热膨胀示差原理，我们设计和装置了测量高温 (米 封接应力的双千分表膨胀仪，测量变形量的精确度和热 膨胀测量精确度相当，和电阻应变仪比较，可以测出 30个微应变的微小变形量，但测量的相对误差比大应变 60 ☒ 测量时大，测量温度最高到920°C。用此设备测量了 4J33、4J29及无氧铜等和95%A1,0s陶瓷封接降温， 及封接件重新加热过程的应变一温度曲线，和焊料的高 50 温松弛作用，本文结合应变仪测量的室温应力(5)，讨 温度（℃） 论了这几种材料的封接特性，影响封接应力的一些因 图2 夹封状态的封接应力一 素，及关于改善匹配性的一些问题。 温度关系曲线 ，高温应力测量原理 在封接陶瓷电子管装配加热时，金属件和瓷件均保持了自由膨胀状态，当焊料熔化并沿 着封接面充分流散后，降温时焊料凝固把金属件和瓷件焊接起来一钎焊，这样，在低于焊 料熔点降温，由被焊接的另件的收缩差而产生应力，图3为另件尺寸及形状在封接前后改变 的示意图，当考虑连续状态时，变化量可以用图4的曲线示意表示，图中曲线I、I为不封 接时瓷件和金属件降温收缩曲线，当把它们焊接在一起并假定焊料能“完全固定”时，接近 X X b d 图3封接前后另件尺寸变化示意图 a一封接前， b一在封接温度c一封接后， d一重新加热至某温度。 封接面处瓷环和金属件有共同收缩曲线I,而远离封接面处因不受封接应力的影响，瓷环收 缩曲线仍然为曲线I。这样，曲线I、I纵座标差为一个在封接面上沿瓷环园周均匀分布的 力P的作用而产生的直径压缩量，即它的绝对变形，曲线【、【的纵座标差值为被封接金属 圈的直径伸长量，相当于沿园周均匀分布的力P的拉伸变形量，如果在P力作用下焊料发生 变形，曲线I将分开成两条曲线<参看图7曲线2'、3'>，其中有一条是封接金属的收缩 60

”任歹,o , 书-哺,o ( 二兴姗七à只也\.1< 电子管的封接温 度取决于所 用焊料的熔点 , 一般在 S 0 0 0 C ~ 9 5 0 0 C 之间 , 目前 , 用 电阻 应变 方法不能满足 这样的高温测量 要求 。 根据热 膨胀示 差 原理 , 我们 设计和装置 了测量 高温 封接应 力的双 千分表 膨 胀 仪 , 测 量变 形量 的精确度和热 膨胀测量精 确度 相 当 , 和 电阻 应 变 仪 比较 , 可以 测出 3 0个微 应 变 的微小变 形量 , 但测量 的相对误差比 大应 变 测量 时大 , 测量 温 度最 高到 9 2 0 O C 。 甩此 设备 测量 了 4 J 3 3 、 通J 2 9及无 氧铜 等和 9 5 % A I : O : 陶瓷封接 降温 , 及封接件重新 加热 过 程 的应变一 温度 曲线 , 和焊料的高 温松弛作用 , 本文 结合应变 仪 测量 的 室 温 应 力(5 〕 , 讨 论了这 几 种材料的 封接特 性 , 影响 封接 应力 的一些 因 素 , 及关于改 善匹配性 的一些问题 。 、 { \ 、 、 、 、 ~ ; l 洲扮 产一 二 口 尸 声 ) 产 . 一 . 一l ! l _ _ 1 i盆 J廷 ( oC ) 图 2 夹封状态的封接应 力 温度关系曲线 — 一 、 高温应 力测量原 理 在封接陶瓷电子 管装配加热时 , 金 属件和瓷 件均保 持了 自由膨胀状 态 , 当焊料熔 化 并沿 着封接面 充分 流 散后 , 降温 时焊料凝 固 把金 属件和瓷件焊接起 来— 钎焊 , 这样 , 在 低 于焊 料熔点降温 , 由被焊接的另件 的收缩差 而产生应 力 , 图 3 为另件尺寸及形状在封接前后改 变 的示意图 , 当考虑连续 状态 时 , 变化量 可以 用图 4 的 曲线示 意表 示 , 图 中曲线 I 、 I 为不封 接时 瓷件和金 属件降温 收缩 曲线 , 当把它 们焊接 在一 起并假定焊料能 “ 完全 固定 ” 时 , 接近 匕」 骂 / ! 二 卜叭 V 弓祖 卜 l 沁昨沁_ 、 、 习日 二 门川/ } 左 } } ! 1 乌 卜 } 之甚 {} } } 1 招 ! \ 长弋 K 入沪 a 一 封接前 , 图 3 . _ _ 封 接前后 另件尺寸变化示意图 b 一在封 接温 度 ` c 一封接后 , d 一 重新加热至 某温 度 。 封接面 处瓷环和 金属件有共同收 缩曲线 , , 而远离封接面处因不受封接应 力的影响 , 瓷环收 缩曲线 仍然为曲线 I 。 这样 , 曲线 I 、 l 纵座 标差 为一个在封接面 上沿 瓷环园周均匀分 布的 力 p 的作用 而产生的直径压缩量 , 即它 的绝 对变形 , 曲线 I 、 I 的纵座标差 值 为被封接金 属 圈的直 径伸长 量 , 相 当于 沿园周 均 匀分布的力 p 的 拉伸变形量 , 如果 在 p 力作用下焊料发生 变形 , 曲线 I 将分开 成 两条曲线 < 参 看图 7 曲线 2 ` 、 3 ’ > , 其 中有一条是封 接金属的收 缩 6Q

曲线，另一条为封接面处瓷环的收缩曲线，这 两条曲线的纵座标差值为焊缝变形量，实际 室温 冷却温度 上，图4曲线I、I、【都是温度一收缩量曲 线，可用膨胀仪分别测出，若用双点或多点热 膨胀测量方法，可一次测出任意两个或全部曲 线。 因为陶瓷在任何温度和应力作用下都保持 弹性性质，当外力去掉后瓷件仍然恢复到原始 形状，如果用封接件<图3.c>装在双千分表 膨胀仪上，一个千分表支撑在瓷环受力部位， 图4封接降温过程中另件变形示意图 另一个千分表支撑在瓷环不受力部位，当从室温加热到焊料熔化时，瓷环的变形立即恢复， 降温时相当重新封接，从降温时两个千分表指示的收缩量，得到图4曲线【、【，即测量出 了封接降温时，由封接内应力引起的瓷环直径的绝对变形，以上只讨论了封接降温过程，而 没有讨论封接件重新加热过程的应变测量原理，实际上瓷环受力部位和不受力部位的热膨胀 曲线的相对关系较降温时复杂，现在根据图3.c和d作如下讨论。 封接件在双千分表膨胀仪上加热时，瓷环不受力部位膨胀曲线应和收缩曲线重合，瓷环 受力部位的膨胀受封接金属的牵制，金属给它的力增加，它的变形量增加，作用力减少时变 形量跟着恢复，加热中变形的增加量<或减小量>称为应变恢复量。 假定：h一加热时瓷环不受分部位膨胀量， h'一加热时瓷环受力部位膨胀量， ǒ一封接瓷环的室温残余变形， 8'一在加热至某一温度时的实际变形。 h'-h为应变恢复量，从图3d得出： h+8=h'+8' 8'=8-<h'-h>… (1) 式(1)表示：封接件在加热时的实际高温变形，等于它的室温残余变形减去<或加上> 它在加热过程中的应变恢复量。 将(1式对温度求导数得'=-，为商克的真实膨张系数，不受改交封接 封接金属理论线膨胀系数的影响，因此，高 量表示>随温度的变化趋势只决定于封接金属的理论膨胀系数α算。如果我们考虑的是一个 温度范围时， 若h-h>0,则8>8高温应力>室温残余应力， h-h'<08'<8高温应力<室温残余应力 h-h'=08'=8高温应力=室温殊余应力 8'=0h-h'=~8表示当试样加热到焊料熔化时，此时封接应力等于零，两个千分 表差值为瓷环的室温绝对变形量。得到室温变形8和应变恢复值h'-h,根据(1)式可以算出 各个加热温度封接瓷环的绝对变形，又因为瓷环是弹性体，也可以直接用绝对变形量8'来 表示封接应力大小。 这样，一次循环测量便得到了封接件重新加热和封接降温时的高温应力，并包括了在加 61

曲线 , 另一 条为封接面处瓷环的收缩 曲线 , 这 两 条曲线的 纵 座 标差 值 为焊缝 变形量 , 实际 上 , 图 4 曲线 I 、 I 、 I 都是温度一 收缩量 曲 线 , 可用膨胀仪分 别 测 出 , 若用 双 点或多点 热 膨胀测量 方 法 , 可一 次 测 出任意两 个或全 部曲 线 。 因为陶瓷 在任 何温 度和应力作 用 下都保持 弹性性质 , 当外 力去掉后笼件仍然 恢复到原始 形状 , 如果 用封接件 < 图 3 . c > 装 在双 千 分 表 冷却温度 怡理位烈姗娜伙 分 膨胀 仪上 , 一个千分表 支撑在瓷环受 力 部位 , 图 4 封接降温过 程 中另件变形 示 意图 另一 个千分表 支撑在 瓷环不受 力部位 , 当从室 温加热到焊料熔化时 , 瓷环的变 形立 即恢复 , 降温时相 当重新 封接 , 从降温时两个千分 表指 示的收缩量 , 得到图 4曲线 I 、 I , 即测量 出 了封接降温 时 , 由封 接内应 力引起的瓷环直 径的绝对 变 形 , 以 上只讨论 了封接降温过 程 , 而 没 有讨论 )封接件重 新 加热过程 的应 变 测量 原理 , 实际上瓷环受力部位和不受 力部位 的热膨 胀 曲线 的 相对关 系 较 降温 时复杂 , 现在根 据图 3 . c 和 d 作如 下讨论 。 封接 件在双 千分表 膨胀 仪 上 加热 时 , 瓷环 不受 力部位膨胀曲线 应 和收 缩曲线承 合 , 瓷环 受 力 部位 的膨胀 受 封接 金 属 的牵 制 , 金 属 给 它的 力增 加 , 它的变形里增 加 , 作 用 力减少 时变 形 量跟 着恢 复 , 加 热 中变 形 的增加量 < 或减小量 > 称为应 变恢复量 。 假定 : h 一加热 时瓷环不 受分 部位 膨胀量 , . h ’ 一加热 时瓷环受 力部位膨胀 量 , a 一封接 瓷环的室温残余变形 , 各 ’ 一 在加 热至 某一 温度时的实际变形 。 h ` 一 h 为应 变恢复量 , 从 图 3 d 得出 : h + 乙= h 尹 + 乙 护 a ` = 6 一 < h ` 一 h > … … ( l ) 式 ( 1) 表 示 : 封接件在 加热 时 的实际高温变 形 , 等于 它 的室温残余变形 减去 < 或 加上 > 它在加热过 程 中的 应变恢复量 。 将、 1 ,式 对温度 求导数得禁 = 朵 d h , d h 、 , ~ , “ ~ 、 . 。 。 , ~ 一 习 飞一 , 一 1 气万 . 刀 阿 况 四 具头膝脉 示 戴 , U t U L 不受 改变封接 人 ~ “ . , 一 一 d h 尹 , ~ 一 人 ~ _ 、 ` . _ ~ . , , ~ ~ 一 。 一 苏 履 倒 多 ,lj , 叨 二 U 了万 L 父阿债 策属 理化线邢 服示致刚 矛 啊 因 此 , 高温应 力 < 这 里以 绝对 变形 量 表示 > 随 温 度的变 化趋势只 决定于封接金 属 的理论膨胀 系数 a 典 。 如 果 我们考虑的是一个 温度范围 时 , 若 h 一 h ` > 0 , 则 各` > 乙 高温 应力> 室温残余应 力 , h 一 h , < 。 各 ` < 各 高温应力 < 室 温 残余应 力 h 一 h ` = 0 乙 ` = 5 高温 应力 二 室 温 殊余 应力 剐 = o h 一 h ` = 一 各 表 示当试样加 热 到焊料熔化 时 , 此 时封接应力 等于零 , 两个千分 表 差 值为瓷环 的室温 绝 对变 形量 。 得到室 温变形 各和应 变恢复 值 h ’ 一 h , 根 据 ( 1) 式 可 以 算出 各个加热温 度封 接瓷环的绝 对变 形 , 又因 为瓷 环是 弹 性体 , 也可以 直 接 用绝 对 变形 t 各 尸来 表示封接应 力大小 。 这样 , 一 次循环 测最便得到了封接件 重新 加热 和封接 降温时 的高温应 力 , 并 包括 了在 加

热至焊料熔化时释放出的室温残余应力，和封接降温时得到的室温应力。由于室温应力大小 是封接匹配性的重要指标，我们用电阻应变仪测定了多种金属、合金的室温应变，以与膨胀 法测量结果相对比。 二、双千分表膨胀仪及实验步骤 膨胀仪示意图如图5，上、下两个活动千分表支架可以水平和垂直移动，移动时千分表 不发生转动，以防止带动石英顶杆旋转而改变测量位置，石英支撑管与支架连接处用水套通 水冷却，放试样的石英垫板<试样形状如图3a、c>有四个支撑点，两点支撑瓷环受力部 位，另外两点支撑瓷环自由端，图5中6、9、10、15、17组成密封系统，·通保护气防止试 样氧化，试样用装在活动小车上的开关电炉加热。 2 图5双千分表示差膨胀仪 1.3一千分表2.4一石英顶杆、5一千分表支架6一玻璃钟罩 7一接线柱 8-实验台9一法兰盘10一加热瓷管，11一石英支撑管 12一试样 13一石英垫板 14一加热电炉15一支撑管<氮气通入管> 16一电炉支撑架 17一密封板 62

热至焊料熔 化时释 放出的室 温残余应 力 , 和封接降温时得到的室 温 应力 。 由于室 温 应力大小 是封接 匹 配性的重 要指 标 , 我们用 电阻应变 仪测定 了多种金属 、 合金 的室 温应 变 , 以 与膨胀 法测量结果 相对 比 。 二 、 双 千分 表膨胀仪 及 实验步 骤 膨胀 仪示意图奴图 5 , 上 、 下两个活 动 千分表 支架可以 水平和 垂直移动 , 移动 时千分表 不发生转动 , 以 防止 带动石英顶杆旋转 而 改变测量位 置 , 石英支撑管 与支架 连接处用水套通 水冷却 , 放试样的 石英 垫 板 < 试样 形状 如 图 a3 、 c > 有四 个 支撑点 , 两点 支撑瓷环受 力部 位 , 另外两 点支撑瓷环 自由端 , 图 5 中 6 、 9 、 10 、 15 、 17 组成密封系统 , 通保 护 气防止试 样氧化 , 试 样用装 在活 动小车上 的开关电沪加热 。 / 七 厂t 一. 三 , ù : 1 . 3一 千 分表 8一实 验 台 13 一石 英垫 板 17 一 密封 板 2 . 4一石 9一法 兰 盘 双 千 分表示 差膨胀 仪 5一 千分表支 架 6一 玻璃 钟翠 7一接线 柱 10 一加 热资 管 n 一石 英支撑 管 1 4一加 热 电炉 巧一 丈撑管 < 氮气通 入 管 > 1 2一试样 1 6一 电炉支撑架

当移开活动电炉后，旋转并降下另件17和10，便可以装卸试样，把石英顶杆分别支撑到 距封接面0.5毫米和11毫米处，调整千分表并给它们以予压紧，进行密封并装上电炉，开始 升温测量，每升高20°C记录一次，一直到焊料熔化，接着进行降温测量。 用不封接金属的瓷环作试样对设备进行了校正，从室温至800°C两袭最大相差3μ，从 800°C降到100°C相差2μ，这样两个表测量出的膨胀量一温度曲线基本重合，而测量封接试 样时，受力部位的膨胀曲线具有封接金属的膨胀特征，两表间最大差可达23~25μ。实际测 量误差大于校正结果，表现在有些试样重复性较差，有时在焊料熔化时不能完全恢复到无应 力状态，对测量误差大小及产生的原因还需要作进一步实验研究。实际测量中发现下列因素 对实验结果有直接影响： 1)试样本身的影响，如试样焊偏，瓷环不园，焊料层的厚度及重复测量时焊料流失格 况等。 （2)测量操作：例如试样安放不正，支撑不稳时会引起一一些误差。 为了减少焊料流失测量温度不超过焊料熔点20°C。 表1列出了实验用金属及合金膨胀系数，4J33、4J29、无氧铜等为生产用料，每批料性 能有一定差别，表中给出的非所用料的实际测量性能。 表1实验陶瓷和金属、合金膨胀系数 平均线膨胀系数a(×10/℃) 名称 居里点 100℃~200℃ ~300℃~400℃ -500℃ ~600℃ ~700℃ ~800℃ <℃> 陶瓷 (95%A1z03) 6.14 6.28 6.54 6.86 7.11 7.29 7.60 7.70 Nb 7.1 7.21 7.32 7.53 7.62 7.64 7.76 7.85 Mo 6.0 Cu 17.7 Ni 16.1 4J33 7.5 7.08 6.50 6.23 6.83 8.24 9.74 10.62 430 4J29 6.59 5.76 5.24 5.04 6.33 7.92 9.30 10.49 420 242 5.36 5.15 5.55 7.42 74813 4.4 4.7 6.6 除24274813为实际测量，其余都是生产料， a只供参考。 三、 实验结果及討龄 1.用电阻应变仪测量的几种金属及合金的室温封接应力〔5) 将电阻应变片粘贴在接近封接面的耄环上，当撕掉封接的金属时，瓷环恢复到不受力时 的形状，便可以从应变仪测出应变恢复值，它和瓷环的实际变形大小相等符号相反，表2是 测量结果，表中以瓷环的微应变数表示不同金属的封接应力。从表2看出： ①因为钼的膨胀系数比陶瓷纸，用钼封接时瓷环的变形为受张状态，其余金属及合金 封接时，瓷环为压缩状态。 63

弩移开活 动 电炉后 , 旋转并降下 另件 17 和 10 , 便 可 以装卸 试样 , 把 石 英顶 杆分 别 支撑到 距封接面0 . 5毫米和 1 毫米处 , 调 整千分表 并给它 们 以 予压 紧 , 进 行密 封并装上 电炉 , 开 始 升温 测量 , 每升 高 20 O C 记 录一 次 , 一直 到焊料熔 化 , 接着进 行 降温测量 。 用 不封接 金属 的 瓷环作试样对设备进行 了校正 , 从 室温 至 8 0 0 0 C 两表最 大 相差 3 林 , 从 8 0。 “ c 降到 10 0 O c 相差 2 林 , 这 样两个表 测 量 出的膨 胀 量一温度 曲线基 本重 合 , 而 测量 封接试 样时 , 受力部位 的膨胀 曲线具有封接金属 的膨胀特征 , 两表 间最 大差 可达 23 ~ 25 林。 实际 测 t 误差 大于校正结 果 , 表 现在有些试 样重复性较差 , 有时在焊料熔化时不 能完全恢复到 无应 力状态 , 对测 量误 差 大小及产 生的原因还 需要作 进一步 实验研究 。 实际铡量 中发 现下列 因 素 对实验结 果有直 接影响 : 1) 试样本 身的影响 , 如 试 样焊偏 , 瓷环不 园 , 焊料层 的厚度及重 复测 量 时焊料流 失情 况 等 。 ( 2) 测 量 操作 : 例 如试样安放不正 , 支撑不稳 时会引起一 些误 差 。 为了减少焊料 流失 测量温 度不 超过焊料熔 点 20 “ C 。 表 l 列 出 了实验 用金属 及合金 膨胀系数 , 4 J 3 3 、 4 J29 、 无 氧铜 等为生产 用料 , 每批料性 能 有一定差 别 , 表 中给 出的非所用料 的实际 测量 性能 。 表 1 实验 陶 瓷和 金 属 、 合 金膨 胀系 数 . 名称 平均 线膨胀 系数 a ( x 1 0一 。 / ℃ ) ~ 1 0 0 ℃… 一 2 。。 ℃ 1 一 3。。℃… 一 4 。。 ℃ } 一 5 。。 ℃ } 一 6 0 0 ℃】一 7 ” ” ℃ 1 一 8 0 0 ℃ 居 里点 < ℃ > 陶笼 ! 。 ( 9 5 % A 1 2 0 : ) N b M o C u N i 4 J 3 3 4 J 2 9 2 4 2 7 4 8 13 6 . 2 8 7 . 2 1 6 . 5 4 7 . 3 2 6 . 8 6 7 . 5 3 7 . 1 1 7 . 6 2 7 . 2 9 7 . 6 4 7 . 6 0 7 . 7 6 6 . 0 7 . 7 0 7 . 8 5 1 7 . 7 7 . 0 8 5 . 7 6 5 . 3 6 6 . 5 0 5 . 2 4 5 . 1 5 4 . 4 6 . 8 3 6 . 3 3 7 . 4 2 6 . 6 8 . 2 4 7 . 9 2 1 6 . 1 9 . 7 4 9 . 3 0 1 0 . 6 2 1 0 . 4 9 4 3 0 4 2 0 6j 自移ō 口叹」三ù “lUb … 丹0工b 4 . 7 任J Olt ,几1. 行ōOI 阮口叹」1 t了内O 除2 4 2 7 4 8 13为实 际测 量 , 其 杀都 是 生产 料 , a 只 供 参考 。 三 、 实验 结果及 封拾 1 . 用 电阻应 变 仪测 量 的几种金 属及 合金 的室 温封 接 应力 〔5〕 将电阻 应变 片粘贴 在接近封接面 的充环 上 , 当撕掉封接 的金 属时 , 瓷环恢复 到不受 力时 的形状 , 便 可 以 从应 变仪 测 出应变恢 复值 , 它 和瓷 环的实际 变形大小相 等符号 相反 , 表 2 是 测量 结果 , 表 中以 瓷环的微应 变数表示不同金 属 的封接应 力 。 从表 2 看 出 : ① 因为钥 的膨胀系 数比陶瓷纸 , 用 钥封接时瓷环的变 形为受张状态 , 其余金 属及合 金 封接时 , 瓷环为压缩状态 , 母3