Sticle pentru Sudură Utilizate în Industria Electronică

I.1. PRODUSE DIN STICLA PENTRU ELECTROTEHNICA SI ELECTRONICA

Datorita proprietatilor electrice remarcabile, sticla este utilizata la fabricarea a numeroase produse electrotehnice si electronice,utilizate atât în viata de toate zilele cât si în ramurile cele mai noi ale tehnicii.

În grupul mare al produselor electrotehnice cu vid se încadreaza becurile cu incandescenta,lampile cu vapori de mercur, tuburile fluorescente si alte dispozitive electrice de iluminat, apoi tuburile electronice mici pentru aparatele de receptie, tuburile catodice pentru televiziune, tuburile electronice mari pentru emisie, redresoarele cu vapori de mercur, tuburile roentgen. La acestea trebuie sa se adauge piesele de sticla, utilizate la fabricarea rezistentelor si condensatoarelor si altele. Pentru industria electrotehnica se fabrica izolatoare de joasa si de înalta tensiune. În cele ce urmeaza se va vorbi numai despre câteva produse fabricate în cantitati mari.

I.2. SUDURA STICLA-METAL

Metalele cele mai folosite în suduri cu sticle sunt : Pt, W, Mo, Cu, Fe, Ni si aliaje de fier. Pentru fiecare metal sunt necesare sticle de sudura specifice. Cea mai mare importanta cerinta fizica este realizarea unei apropieri între coeficientii de dilatare ai componentilor nu trebuie sa depaseasca 10%. Pentru aceasta se regleaza coeficientul de dilatatie termica a sticlei, având grija ca vâscozitatea sa ramâna suficient de scazuta. În general, cu cât este mai scazuta vâscozitatea sticlei cu atât este mai mare dilatarea termica si mai slaba durabilitate chimica.

În modul cel mai simplu, în formarea unei suduri, sticla este topita pe metal. La racirea sticlei, apare o deformare, dar coeficientii de dilatare alesi sa satisfaca conditiile de mai sus determina compresiunea sticlei paralel si tangential la interfata. Odata cu dezvoltarea tensiunilor de compresiune în sticla, prin racire ia nastere o deformare a carei marime depinde de temperatura fictiva Tg, implicata în racirea sudurii. Deoarece Tg variaza în conformitate cu tratamentul termic al sticlei, din figura 1. Rezulta ca marimea deformarii dezvoltata într-o sudura depinde de priceperea operatorului sticlar în alegerea celui mai potrivit tratament termic.

Figura 1 Coeficientii de dilatare termica relativa pentru wolfram si sticla.

Toate produsele electrotehnice cu vid sunt prevazute cu electrozi metalici trecuti prin sticla, care servesc la legarea dispozitivelor din interior cu schema electrica în care sunt folosite. Din aceasta cauza, realizarea unor suduri sticla-metal de buna calitate este deosebit de importanta.

Sudura sticla-metal trebuie sa fie etansa, asigurând pastrarea vidului sa aiba o rezistenta mecanica suficienta, sa reziste la încalziri si raciri repetate. Un rol important îl are capacitatea de umectare a metalului de catre sticla.

Aceasta creste cu temperatura si este influentata de mediul gazos, de compozitia sticlei, de natura metalului si starea suprafetei acestuia. Umectarea este mai buna în aer sau oxigen si mai slaba în hidrogen sau argon. Aceasta se explica prin faptul ca în mediul oxidant suprafata metalului se acopera cu o pelicula de oxizi, care influenteaza pozitiv umectarea. Etanseitatea sudurii si rezistenta mecanica sunt mult mai bune în cazul existentei peliculei de oxizi, când se considera ca sticla reactioneaza cu acestia, formând un strat de tranzitie sticla-metal. În cazul metalelor cu mai multe trepte de valenta, oxizii inferiori dau rezultate mai bune.

Rezistenta mecanica a sudurii realizata pe suprafata curata a metalului se datoreaza numai eventualelor neregularitati ale acesteia si de aceea este mult mai mica. Din aceste motive, în practica, piesele metalice care urmeaza sa fie sudate cu sticla sunt mai întâi acoperite cu un strat fin de oxid sarac în oxigen, iar apoi protejate de oxidarea avansata în timpul sudurii prin acoperire, cu un strat de sticla (pentru Mo) sau cu borax (pentru Cu).

Pentru a se asigura rezistenta termica a sudurii este necesar ca cei doi coeficienti de dilatare  al sticlei si al metaluluisa fie egali sau cât mai apropiati si la fel variatia lor cu temperatura. Realizarea conditiilor amintite mai sus se obtine prin alegerea metalului sau folosirea unui aliaj cât si prin alegerea compozitiei sticlei.

Din punct de vedere teoretic, rezistenta unei suduri se poate aprecia pe baza energiei necesare pentru a separa sticla si metalul la interfata. Lucrul mecanic de adeziune Wad este echivalent cu variatia de energie la separarea sticlei de substrat:

Wad = K (GSV +Gl v  Gs l )

unde:

Gs v este energia libera a interfetei solid-vapori (gaz);

Gl v  energia libera a interfetei lichid-vapori;

Gs l  energia libera a interfetei solid-lichid ;

K  o constanta.

Dupa racirea sudurii sticla D metal, ambele faze devin solide si astfel ecuatia de mai sus poate fi modificata luând în considerare deformarea la interfata:

Wad =K [ Gs v + Gl v G s l deformarea interfaciala)

Deformarea interfaciala este în functie de coeficientii de dilatare termica, deci:

Wad = K [ Gs v + Gl v  Gs l  f (” ± )] A,

A = este o marime ce ia în considerare rugozitatea suprafetei, care afecteaza aria de contact.