§ 11.2.3. Типы спаев

В согласованных спаях (рис. 11.4, а... ы) стекло и металл имеют близкие коэффициенты линейного расширения во всем диапазоне рабочих температур. Большая часть сортов технического стекла имеет коэффициент линейного расширения (3... 10) • 10^-6. Коэффициент линейного расширения металлов и сплавов изменяется от 4,4-10^-6 (для вольфрама) до 17,8-10^-6 (для меди). Напряжения, возникающие в согласованных спаях при их охлаждении от температуры размягчения стекла до комнатной температуры, меньше предела прочности любого из соединяемых материалов. Так как добиться полного совпадения температурных зависимостей коэффициентов линейного расширения для обоих соединяемых материалов нельзя, то стремятся к тому, чтобы они совпадали при комнатной температуре и температуре отжига (на 50°С ниже температуры размягчения стекла).

  В несогласованных спаях коэффициенты линейного расширения соединяемых материалов могут значительно отличаться друг от друга, а опасные напряжения, которые должны были бы образоваться в этих условиях, предотвращаются применением конструкций с гибким элементом, металлов небольшого диаметра, металлов с невысоким пределом текучести, переходных согласованных спаев и конструкций, в которых используется повышенная прочность стекла на сжатие. На рис. 11.5, а... е приведены примеры несогласованных спаев. В конструкциях рис. 11.5, а, б, г используют заостренный конец трубы в качестве гибкого элемента, на рис. 11.5, б ту же роль выполняет тонкая цилиндрическая оболочка, в конструкциях рис. 11.5,в,д,е используется повышенная прочность стекла на сжатие. Коэффициент линейного расширения металла в этих спаях должен быть больше, чем у стекла. При охлаждении тонкой конструкции в стекле возникают внутренние сжимающие напряжения.  

В спаях с металлическим припоем на поверхность стекла путем обмазки с последующим обжигом наносится слой серебра, который облуживается обычным способом, и к нему припаивается медная головка. Такой спай представляет собой металлическую втулку и стеклянную трубку, в зазор между которыми залит легкоплавкий припой, хорошо смачивающий металл и стекло и компенсирующий их температурные деформации. Изготовленный таким образом металлостеклянный узел соединяется пайкой с другими металлическими деталями.

Спаи керамики с металлами широко применяются в элементах сверхвысоковакуумных систем, так как имеют более высокую термостойкость, чем спаи стекла с металлом. Их обычно изготавливают с применением активных припоев, образующих в процессе плавления химические соединения с керамикой. На рис. 11.6 показаны примеры конструктивных элементов, в которых используются спаи керамики и металла.

Спаи керамики со стеклом могут быть получены при непосредственном соединении спаиваемых материалов.