钼片－石英玻璃封接的工艺原理-太阳能灯节能技术论文(1)

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翻新时间：2013-12-18

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钼片－石英玻璃封接的工艺原理-太阳能灯节能技术论文(1)

许多近代节能光源都以石英玻璃作为灯壳。这时，作为导线的金属－石英玻璃封接就是必不可少的部件。

它的质量直接影响灯的成品率和寿命。众所周知，由于石英玻璃的膨胀系数很小（α＝5.4×10-7K-1），找不到膨胀系数和它接近的耐高温金属与它进行匹配封接。

钼片――石英玻璃的非匹配封接工艺简单、成本低廉，可在很高的温度下反复使用，已广泛用于各种光源的生产中。但是我们对它的工艺原理、影响其寿命的因素，了解还是不够，本文将就此问题作一介绍，希望能有利于产品质量的提高。

（1）基本结构钼是一种耐高温的柔性金属，其熔点为26100C，远高于石英的软化温度（15500C）。把钼板延压成3～5μ的薄片，切成条形，两侧腐蚀成刀口状，成为封接用的钼片。

在钼片两端分别点焊上电极和外导丝，把点焊好的钼片放入石英玻璃管内，在保护气体中将它们加热至石英玻璃的软化温度以上，然后加压成形，石英玻璃和钼片粘合在一起，形成气密封接，见图1。在封接后，封接件渐渐冷却。

当封接件温度在石英玻璃的退火温度以上时（大于14000C），虽然钼片与石英玻璃的膨胀系数有很大差别，但因石英玻璃的粘滞性还较小，有一定的流动性，在冷却速度较慢条件下，一般不会产生永久性的应力。当封接件温度下降到转换温度以下时，石英玻璃失去塑性变形能力。

由于钼片的膨胀系数（α＝4.9×10-6k-1）远大于石英，钼片收缩远大于石英玻璃，于是在钼片与石英玻璃的界面上产生了张应力，幸而钼片是柔性金属，而且又很薄，在此应力作用下发生塑性变形，使应力充分释放，石英玻璃和钼片仍能粘合在一起而不会炸裂，使封接保持气密。

（2）应力和钼片形状的关系钼片-石英玻璃封接的应力能否充分释放，主要取决于钼片的形状。只有在钼片很薄、即钼片的宽度和厚度之比（宽/厚）很大时，应力才能够充分释放。

表1是在钼片的截面相同（0.078mm2）时，（宽/厚）比与石英玻璃中应力之间的关系。由表1可见，当（宽/厚）比为1时，应力高达440MPa，远大于石英玻璃的忍受能力。

当（宽/厚）比增大到115时，应力降低到2.2MPa，减小了约200倍，使钼片-石英玻璃封接不会炸裂。表2是我们常用的钼片尺寸。

这里需要指出钼片边缘的角度，虽然对应力的影响不大，但是角度太大，在压封时容易在边缘形成空隙，造成漏气。

（3）钼片涂银当应力释放不很充分时，在钼片－石英玻璃界面上就有可能形成细微的裂纹。这些裂纹往往难以用肉眼觉察到，但在40倍以上的显微镜下还是可以观察到。

这时封接件在刚压封好时，大多还能保持气密。但是在灯工作一段时间后，灯的经常开关，使封接件受到反复的冷――热冲击，细纹可能扩大，最终导致漏气。

特别是有些灯需要在液氮温度下充气或充卤化物，使温差更大，容易造成漏气。研究发现，在钼片上涂上一薄层银，可防止裂纹的形成。

可能是在压封时，因银的熔点较低（9600C），在封接温度下熔化，在钼表面形成大量微颗粒，它们很容易在冷却过程中塑性变形，有效释放应力，防止裂纹的形成。

（4）钼片－石英玻璃之间的化学粘着力为保证钼－石英玻璃封接的气密性，两者之间良好的粘着是基本条件。化学粘着力来自钼褪⒉Ａе湓诜饨游露认碌难趸乖从Γ涸陬猕D―石英玻璃界面上，二氧化硅被还原、钼被氧化，形成极薄的氧化钼层，它在高温下渗透扩散进入石英玻璃中，形成过渡层，保证了两者的气密封接。

若过渡层太薄，化学粘着力强度就较低；反之若过渡层太厚，钼表面严重氧化，那么，它可能会和钼片剥离，造成漏气。过渡层的厚薄，取决于封接温度、保护气体的纯度等因素。

（5）钼片－石英玻璃之间的物理粘着力物理粘着力包括范德瓦尔斯分子力和两表面之间的机械联结。与两表面之间的机械力来比，范德瓦尔斯分子力很小，不起很大作用。

机械联结与钼表面微观物理性质有关。从微观角度来看，钼

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