Впаивание металла в стекло
Из сплавов наибольшую популярность приобрел сплав ковар, который состоит из 29% никеля, 18% меди и 59% железа. Он дешевый, легко обрабатывается и спаивается с другими металлами и сплавами. Спай ковара со стеклом обладает высокой механической прочностью.
Из металлов хуже всего спаивается медь, обладающая чрезвычайно большим термическим коэффициентом линейного, расширения. Стекол с таким линейным расширением не существует, спаи; меди со стеклом относятся к «несогласованным» спаям по термическому коэффициенту линейного расширения. Прочность спая, меди зависит от незначительной толщины впаиваемой проволочки и от пластичности самой меди, которая деформируется под влиянием деформации остывающего стекла.
Никель, также обладающий большим термическим коэффициентом линейного расширения, образует согласованный спай только со стеклом С120-1. Эту марку стекла применяют для спаивания железа (малоуглеродистых сталей) со стеклом. Железо плохо спаивается со стеклом из-за образования рыхлого слоя оксидов, которые обладают слабым сцеплением со стеклом. Если же впаивать, железо в обедненной кислородом атмосфере, то тонкая пленка закиси железа дает, довольно прочный спай, если дальнейшая: впайка ведется без доступа кислорода. Такие условия довольно трудно создать в пламени горелки. Чаще железную проволоку хромируют или серебрят, а затем впаивают в стекло. Кроме того, стекло С120-1 содержит значительное количество оксида бария и щелочей и самое малое количество кремнезема SiO2, что вызывает незначительную химическую стойкость стекла,
В зависимости от впаиваемого металла, толщины металлической проволоки и характера спая применяют следующие способы впайки: 1) непосредственное впаивание металлической проволоки, в отверстие трубки или прибора; 2) спаивание металлической проволоки с трубкой небольшого диаметра с последующей спайкой ее с широкой трубкой или прибором; 3) наматывание расплавленного стекла на проволоку или стержень.
Первый способ применяют при впаивании в стекло платиновой проволочки (рис. 88) диаметром не более 0,3—0,5 мм. В стеклянной трубке, куда впаивают проволочку, делают круглое дно, как при изготовлении пробирки. Затем в центре полукруглого дна разогретой стеклянной палочкой оттягивают усик, который обламывают или отбивают. Отверстие в усике оплавляют так, чтобы его диаметр был немного больше диаметра впаиваемой проволочки. С помощью пинцета в отверстие оплавленного усика вставляют платиновую проволочку и на узком и резком огне спаивают ее со стеклом. Место спая нагревают и слегка поддувают для получения ровного полукруглого дна, а затем отжигают на пламени горелки и в муфельной печи. Аналогично впаивают платиновую проволочку в боковую стенку стеклянной трубки.
Второй способ применяют при впаивании в стекло молибдена, вольфрама, меди, никеля и ковара. При впаивании молибденовой проволоки или иголки в стекло поступают следующим образом. Предварительно очищают поверхность проволоки от загрязнения и окислов, погружая ее в расплавленную калийную селитру, затем промывают водой и высушивают. Поверхность молибденового стержня или проволоки при этом приобретает стальной блеск. Очищенную молибденовую проволоку вносят в пламя горелки и при вращении прожигают на всем участке впая. На обработанную проволоку надевают предварительно изготовленную стеклянную капиллярную трубочку длиной 15—20 мм и диаметром, немного большим, чем диаметр проволоки, и на резком огне сплавляют их. Нагревать следует осторожно, так как молибден при высокой температуре распыляется, осаждаясь на холодных участках стекла в виде белого налета. Во избежание этого в некоторых случаях концы молибденовой проволоки хромируют или покрывают тонкой пленкой расплавленного стекла. Затем на середине капиллярной трубки, спаянной с проволокой, наматывают расплавленное стекло. Для этого в левую руку берут конец впаянной проволочки и разогревают, в правую руку — стеклянную палочку и расплавляют ее на участке длиной 10—15 мм. Когда стекло достаточно размягчится, конец расплавленной палочки припаивают к капилляру и обматывают вокруг него в виде кольца. Затем, пока стекло еще не застыло, осторожно сжимают кольцо пинцетом так, чтобы получилась ровная «тарелочка» (рис. 89). Край стеклянной трубки, в которую впаивается молибденовая проволока, нагревают на пламени горелки, если необходимо, развертывают или сужают и припаивают к предварительно разогретой тарелочке. Место спая тарелочки со стеклянной трубкой нагревают на узком пламени и слегка поддувают для образования ровного шва. Аналогично впаивают в стекло вольфрамовую проволоку и ковар.
При впаивании в стекло молибдена или вольфрама нагрев следует вести в среднем конусе пламени горелки. При впаивании меди в стекло нагрев ведут в окислительной зоне пламени, так как образующаяся на поверхности закись меди дает прочный спай со стеклом.
Никель впаивают с предварительным отжигом металла током водорода в специальных печах. В противном случае при спаивании никеля со стеклом с его поверхности выделяются адсорбированные пузырьки газа, уменьшающие прочность спая. В отличие от впайки молибдена при впайке никеля на проволоку надевают толстостенную узкую стеклянную трубку, которую сплавляют затем, с металлом.
Третий способ применяют при впаивании металлических пластин или платиновой проволоки диаметром более 0,5 мм, молибденовой проволоки или стержней диаметром до 10 мм и вольфрамовой проволоки диаметром до 1 мм. В левую руку берут пинцет с отрезком платиновой, молибденовой или вольфрамовой проволоки (молибденовую проволоку предварительно очищают, как указывалось ранее) и нагревают при; вращении на небольшом и резком огне. Одновременно размягчают в пламени горелки стеклянную палочку, которую держат в правой руке. Размягченное стекло с палочки наматывают на отрезок металлической проволоки. Конец палочки после намотки оттягивают и переплавляют. Намотанное на проволоку стекло проплавляют при вращении так, чтобы образовался литой стеклянный шарик, внутри которого находится отрезок металлической проволоки. В стеклянной трубке, куда надо впаять проволоку, продувают отверстие диаметром немного меньше, чем диаметр стеклянного шарика. Разогретый в пламени стеклянный шарик с проволочкой прикладывают к разогретым губкам отверстия. Затем место спая разогревают до размягчения на узком и резком пламени и, слегка поддувая, выравнивают.