真空电子器件是由多种材料(其中包括金属材料和非金属材料)通过焊接方法连接成为结构非常复杂的构件。制造真空电子器件通常采用的连接方法有钎焊、熔焊(其中包括电阻焊、氩弧焊、微束等离子弧焊、真空电子束焊和激光焊等)和压力焊(包括冷压焊、扩散焊和超声波焊等)。
由于真空电子器件结构非常复杂,尺寸精度要求很高,器件通常是由多种性质不同的材料组成,因此钎焊就成为器件制造中最基本的连接方法。
真空电子器件钎焊有如下特点:
1)钎焊材料种类繁多。常用无磁结构材料有无氧铜、不锈钢、蒙乃尔及无磁可伐等;磁性材料有工业纯铁、钢、可伐及镍;常用耐高温材料有钨、钼、钽、铌及石墨等;吸气材料用钛、锆、铪、钽、铌、锆-铝合金、锆-石墨、锆-镍及锆铁矾等;玻璃、陶瓷与金属封接材料常用可伐、无氧铜、钽、铌、钼及钼合金等;常用射线窗口材料包括铍、铝、钛等;常用直热式阴极材料有钨、钍-钨、钽等;间热式阴极基金属为钨钙镍、钨镁镍和纯钨等;灯丝材料常用WAL、WAL2、WRe及WMo等;冷阴极材料常用铂、铂-钯和铍铜等;常用的抑制二次电子发射材料为TiC、TaC、Ti及TiN等;常用的介质材料包括Al2O3、BeO、BN、白宝石、蓝宝石、石英及人造云母等。
由于器件钎焊所遇到的钎料品种繁多,经常要把异种材料相互钎焊起来,这就给器件的钎焊技术增加了难度。
2)钎焊方法多种多样。由于器件所用材料品种繁多,性能各异,因此选择钎焊方法时要考虑到材料的特性。如铜、镍、钨、钼、可伐及蒙乃尔等适合在氢气保护下进行钎焊,因为钎焊时氢气对金属表面氧化膜有还原作用;而钛、锆、铪、钽及铌在氢气中加热会生成氢化物,使材料变质,因而这些材料要求在真空中进行钎焊。
另外,由于器件所用材料熔点不同,零件形状各异,钎焊时要选用多种钎焊方法,但以硬钎焊应用最广,有时也需要用软钎焊。(www.xing528.com)
具体钎焊方法包括炉中钎焊、高频感应钎焊、大电流电阻钎焊、电子束钎焊、激光钎焊、氩弧焊和压力扩散钎焊等。
3)钎焊件尺寸精度要求高。真空电子器件主要部件的几何尺寸与器件工作频率有关。如果钎焊后部件尺寸公差超过允许值,会严重导致整个部件报废。一般情况下,尺寸公差与器件工作频率有关,范围大致在0.1~0.001mm之间。因此在进行器件钎焊时,需要设计合理的高精度工装模夹具,以满足高精度钎焊的要求。
4)器件钎缝数量多、分布位置复杂。由于器件结构设计的需要,有时钎缝位置错综复杂,数量又多,有时上百条钎缝要在一炉内同时钎焊成功。为了满足复杂的钎焊结构要求,常常要进行多级钎焊。
5)钎焊缝要求气密。器件要在高真空或超高真空下工作。器件制造过程中要经受长时间高温烘烤、排气,外壳不能漏气和变形,一般要求钎焊缝漏气率<10-8Pa·L/s。
总之,电子器件的钎焊技术内容丰富,技术复杂,难度大,和其他领域钎焊相比具有特殊性。
真空电子器件钎焊按连接材料的性质不同,分为金属与金属的连接和金属与陶瓷的连接两种。后者在本手册第14章已做过叙述,本章只叙述真空电子器件常用金属材料的钎焊。
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