Los sellos de vidrio a metal son un elemento muy importante en la construcción de tubos de vacío , tubos de descarga eléctrica, bombillas incandescentes , diodos semiconductores encapsulados en vidrio , interruptores de lengüeta , ventanas de vidrio herméticas en cajas de metal y paquetes de componentes electrónicos de metal o cerámica .
Si se hace correctamente, dicho sello es hermético ( hermético al vacío, buen aislamiento eléctrico, propiedades ópticas especiales, por ejemplo, lámparas UV). Para lograr tal sello, se deben mantener dos propiedades:
- El vidrio fundido debe ser capaz de mojar el metal para formar una unión firme y
- La expansión térmica del vidrio y el metal debe coincidir estrechamente para que el sello permanezca sólido a medida que se enfría el ensamblaje.
Pensando, por ejemplo, en un alambre metálico en el sellado de una ampolla de vidrio, el contacto del vidrio metálico puede romperse si los CTE (coeficiente de expansión térmica) no están bien alineados. Para el caso de que el CTE del metal sea mayor que el CTE del vidrio, el sellado muestra una alta probabilidad de romperse al enfriarse. Al bajar la temperatura, el alambre de metal se encoge más que el vidrio, lo que genera una fuerte fuerza de tracción sobre el vidrio, que finalmente conduce a la rotura. Por otro lado, si el CTE del vidrio es mayor que el CTE del alambre de metal, el sello se apretará al enfriarse ya que se aplica fuerza de compresión sobre el vidrio.
De acuerdo con todos los requisitos que deben cumplirse y la fuerte necesidad de alinear el CTE de ambos materiales, solo hay unas pocas empresas que ofrecen vidrios especiales para el sellado vidrio-metal, como SCHOTT AG y Morgan Advanced Materials .
Uniones vidrio-metal
El vidrio y el metal pueden unirse por medios puramente mecánicos, lo que generalmente produce uniones más débiles, o por interacción química, donde la capa de óxido en la superficie del metal forma una fuerte unión con el vidrio. Las reacciones ácido-base son las principales causas de interacción entre vidrio-metal en presencia de óxidos metálicos en la superficie del metal. Después de la disolución completa de los óxidos superficiales en el vidrio, el progreso adicional de la interacción depende de la actividad del oxígeno en la interfaz. La actividad del oxígeno se puede incrementar mediante la difusión de oxígeno molecular a través de algunos defectos como grietas. Además, la reducción de los componentes termodinámicamente menos estables en el vidrio (y la liberación de iones de oxígeno) puede aumentar la actividad del oxígeno en la interfaz. En otras palabras, las reacciones redox son las principales causas de interacción entre vidrio-metal en ausencia de óxidos metálicos en la superficie del metal. [1]
Para lograr un sello hermético al vacío, el sello no debe contener burbujas. Las burbujas se crean más comúnmente por los gases que escapan del metal a alta temperatura; Por lo tanto, es importante desgasificar el metal antes de sellarlo, especialmente para el níquel y el hierro y sus aleaciones. Esto se logra calentando el metal al vacío o, a veces, en atmósfera de hidrógeno o, en algunos casos, incluso al aire a temperaturas superiores a las utilizadas durante el proceso de sellado. La oxidación de la superficie del metal también reduce el desprendimiento de gas. La mayor parte del gas desprendido se produce debido a la presencia de impurezas de carbono en los metales; estos pueden eliminarse calentando en hidrógeno. [2]
El enlace vidrio-óxido es más fuerte que el vidrio-metal. El óxido forma una capa sobre la superficie del metal, y la proporción de oxígeno cambia de cero en el metal a la estequiometría del óxido y el vidrio mismo. Una capa de óxido demasiado gruesa tiende a ser porosa en la superficie y mecánicamente débil, descascarillada, comprometiendo la fuerza de unión y creando posibles vías de fuga a lo largo de la interfase metal-óxido. Por lo tanto, el espesor adecuado de la capa de óxido es crítico.
Cobre
El cobre metálico no se adhiere bien al vidrio. El óxido de cobre (I) , sin embargo, se humedece con el vidrio fundido y se disuelve parcialmente en él, formando una fuerte unión. El óxido también se adhiere bien al metal subyacente. Pero el óxido de cobre (II) provoca uniones débiles que pueden tener fugas y debe evitarse su formación.
Para unir cobre al vidrio, la superficie debe oxidarse adecuadamente. La capa de óxido debe tener el espesor adecuado; muy poco óxido no proporcionaría suficiente material para que el vidrio se anclara, demasiado óxido haría que la capa de óxido fallara y, en ambos casos, la junta sería débil y posiblemente no hermética. Para mejorar la unión al vidrio, la capa de óxido debe boratarse; esto se logra, por ejemplo, sumergiendo la parte caliente en una solución concentrada de bórax y luego calentándola nuevamente durante cierto tiempo. Este tratamiento estabiliza la capa de óxido formando una fina capa protectora de borato de sodio en su superficie, para que el óxido no se espese demasiado durante la manipulación y unión posteriores. La capa debe tener un brillo uniforme de rojo intenso a violeta. [3] [4] El óxido de boro de la capa boratada se difunde en el vidrio y reduce su punto de fusión. La oxidación se produce cuando el oxígeno se difunde a través de la capa de borato fundido y forma óxido de cobre (I), mientras que se inhibe la formación de óxido de cobre (II). [2]
El sello de cobre a vidrio debe verse de un rojo brillante, casi escarlata; Los colores rosa, jerez y miel también son aceptables. Una capa de óxido demasiado fina parece clara, hasta el color del cobre metálico, mientras que un óxido demasiado espeso parece demasiado oscuro.
Se debe utilizar cobre libre de oxígeno si el metal entra en contacto con hidrógeno (por ejemplo, en un tubo lleno de hidrógeno o durante la manipulación en la llama). Normalmente, el cobre contiene pequeñas inclusiones de óxido de cobre (I) . El hidrógeno se difunde a través del metal y reacciona con el óxido, reduciéndolo a cobre y produciendo agua. Sin embargo, las moléculas de agua no pueden difundirse a través del metal, quedan atrapadas en la ubicación de la inclusión y provocan fragilización .
Como el óxido de cobre (I) se adhiere bien al vidrio, a menudo se usa para dispositivos combinados de vidrio y metal. La ductilidad del cobre se puede utilizar para compensar el desajuste de expansión térmica en, por ejemplo, los sellos de filo de cuchillo. Para los conductos de alimentación de alambre, se utiliza con frecuencia alambre dumet , una aleación de níquel-hierro recubierta de cobre. Sin embargo, su diámetro máximo está limitado a aproximadamente 0,5 mm debido a su expansión térmica.
El cobre se puede sellar al vidrio sin la capa de óxido, pero la junta resultante es menos fuerte.
Platino
El platino tiene una expansión térmica similar al vidrio y está bien humedecido con vidrio fundido. Sin embargo, no forma óxidos, por lo que su fuerza de unión es menor. El sello tiene un color metálico y una resistencia limitada.
Oro
Al igual que el platino, el oro no forma óxidos que puedan ayudar en la unión. Los enlaces vidrio-oro son, por tanto, de color metálico y débiles. El oro tiende a usarse para sellos de vidrio-metal solo en raras ocasiones. Existen composiciones especiales de vidrios de cal sodada que coinciden con la expansión térmica del oro, que contienen trióxido de tungsteno y óxidos de lantano, aluminio y circonio. [5]
Plata
La plata forma una fina capa de óxido de plata en su superficie. Esta capa se disuelve en vidrio fundido y forma silicato de plata , lo que facilita una fuerte unión. [6]
Níquel
El níquel puede unirse al vidrio como metal o mediante la capa de óxido de níquel (II) . La junta de metal tiene un color metálico y una resistencia inferior. La junta de la capa de óxido tiene un color gris verdoso característico. El niquelado se puede utilizar de manera similar al cobre, para facilitar una mejor unión con el metal subyacente. [3]
Hierro
El hierro rara vez se usa para los pasantes, pero con frecuencia se recubre con esmalte vítreo , donde la interfaz también es una unión vidrio-metal. La fuerza de unión también se rige por el carácter de la capa de óxido en su superficie. La presencia de cobalto en el vidrio conduce a una reacción química entre el hierro metálico y el óxido de cobalto, produciendo óxido de hierro disuelto en vidrio y aleación de cobalto con el hierro y formando dendritas que crecen en el vidrio y mejoran la fuerza de unión. [6]
El hierro no se puede sellar directamente al vidrio de plomo , ya que reacciona con el óxido de plomo y lo reduce a plomo metálico. Para sellar los vidrios de plomo, debe estar revestido de cobre o se debe utilizar un vidrio intermedio sin plomo. El hierro tiende a crear burbujas de gas en el vidrio debido a las impurezas residuales de carbono; estos pueden eliminarse calentando en hidrógeno húmedo. También se recomienda el enchapado con cobre, níquel o cromo. [2]
Cromo
El cromo es un metal altamente reactivo presente en muchas aleaciones de hierro. El cromo puede reaccionar con el vidrio, reduciendo el silicio y formando cristales de siliciuro de cromo que crecen en el vidrio y anclan juntos el metal y el vidrio, mejorando la fuerza de unión. [6]
Kovar
Kovar , una aleación de hierro-níquel-cobalto, tiene una baja expansión térmica similar al vidrio con alto contenido de borosilicato y se usa con frecuencia para sellos de vidrio-metal, especialmente para la aplicación en tubos de rayos X o láseres de vidrio. Puede unirse al vidrio a través de la capa de óxido intermedia de óxido de níquel (II) y óxido de cobalto (II) ; la proporción de óxido de hierro es baja debido a su reducción con cobalto. La fuerza de unión depende en gran medida del espesor y el carácter de la capa de óxido. [4] [6] La presencia de cobalto hace que la capa de óxido sea más fácil de fundir y disolver en el vidrio fundido. Un color gris, azul grisáceo o marrón grisáceo indica un buen sellado. Un color metálico indica falta de óxido, mientras que el color negro indica metal excesivamente oxidado, lo que en ambos casos conduce a una unión débil. [2]
Molibdeno
El molibdeno se une al vidrio a través de la capa intermedia de óxido de molibdeno (IV) . Debido a su bajo coeficiente de expansión térmica, combinado con el vidrio, el molibdeno, como el tungsteno, se usa a menudo para uniones vidrio-metal, especialmente junto con vidrio de silicato de aluminio. Su alta conductividad eléctrica lo hace superior a las aleaciones de níquel-cobalto-hierro. Es favorecido por la industria de la iluminación como pasacables para bombillas y otros dispositivos. El molibdeno se oxida mucho más rápido que el tungsteno y rápidamente desarrolla una capa gruesa de óxido que no se adhiere bien, por lo que su oxidación debe limitarse a un color amarillento o como mucho azul verdoso. El óxido es volátil y se evapora como un humo blanco por encima de 700 ° C; El exceso de óxido se puede eliminar calentando en gas inerte (argón) a 1000 ° C. Se utilizan tiras de molibdeno en lugar de cables donde se necesitan corrientes más altas (y secciones transversales más altas de los conductores). [2]
Tungsteno
El tungsteno se une al vidrio a través de la capa intermedia de óxido de tungsteno (VI) . Una unión formada correctamente tiene un color cobrizo / naranja / marrón-amarillo característico en vidrios sin litio; en los vidrios que contienen litio, la unión es azul debido a la formación de tungstato de litio . Debido a su bajo coeficiente de expansión térmica, combinado con el vidrio, el tungsteno se usa con frecuencia para uniones vidrio-metal. El tungsteno forma uniones satisfactorias con vidrios con un coeficiente de expansión térmica similar, como el vidrio con alto contenido de borosilicato . La superficie tanto del metal como del vidrio debe ser lisa, sin rayones. [4] El tungsteno tiene el coeficiente de expansión más bajo de los metales y el punto de fusión más alto.
Acero inoxidable
El acero inoxidable 304 forma enlaces con el vidrio a través de una capa intermedia de óxido de cromo (III) y óxido de hierro (III) . Son posibles otras reacciones de cromo, formando dendritas de siliciuro de cromo. Sin embargo, el coeficiente de expansión térmica del acero es bastante diferente al del vidrio; al igual que con el cobre, esto se puede aliviar mediante el uso de sellos de filo de cuchillo (Houskeeper). [4]
Circonio
El alambre de circonio se puede sellar al vidrio con un pequeño tratamiento: frotando con papel abrasivo y calentando brevemente a la llama. El circonio se utiliza en aplicaciones que exigen resistencia química o falta de magnetismo. [2]
Titanio
El titanio , como el circonio, se puede sellar a algunos vasos con muy poco tratamiento. [2]
Indio
El indio y algunas de sus aleaciones se pueden utilizar como soldadura capaz de humedecer vidrio, cerámica y metales y unirlos. [7] El indio tiene un punto de fusión bajo y es muy blando; la suavidad le permite deformarse plásticamente y absorber las tensiones de los desajustes de expansión térmica. Debido a su muy baja presión de vapor, el indio encuentra uso en sellos de vidrio-metal usados en tecnología de vacío [8] y aplicaciones criogénicas. [9]
Galio
El galio es un metal blando con punto de fusión a 30 ° C. Moja fácilmente los vidrios y la mayoría de los metales y se puede usar para sellos que se pueden ensamblar / desmontar con solo un ligero calentamiento. Se puede utilizar como sello líquido hasta altas temperaturas o incluso a temperaturas más bajas cuando se alea con otros metales (por ejemplo, como galinstan ). [8]
Mercurio
El mercurio es un metal líquido a temperatura normal. Se usó como el primer sello vidrio-metal y todavía se usa para sellos líquidos para , por ejemplo, ejes giratorios.
Sello de mercurio
El primer uso tecnológico de un sello de vidrio a metal fue la encapsulación del vacío en el barómetro por Torricelli . El mercurio líquido humedece el vidrio y, por lo tanto, proporciona un sello hermético al vacío. El mercurio líquido también se utilizó para sellar los cables metálicos de las primeras lámparas de arco de mercurio en las bombillas de sílice fundida .
Una alternativa menos tóxica y más cara al mercurio es el galio .
Los sellos de mercurio y galio se pueden usar para sellar ejes rotativos al vacío.
Sello de alambre de platino
El siguiente paso fue utilizar alambre de platino delgado . El platino es fácilmente mojado por el vidrio y tiene un parecido coeficiente de expansión térmica como es típico de sosa-cal y vidrio de plomo . También es fácil de trabajar debido a su no oxidabilidad y alto punto de fusión. Este tipo de sello se utilizó en equipos científicos a lo largo del siglo XIX y también en las primeras lámparas incandescentes y tubos de radio.
Sello de alambre Dumet
En 1911 se inventó el sello de alambre Dumet, que sigue siendo la práctica común para sellar cables de cobre a través de soda-cal o vidrio de plomo. Si el cobre se oxida adecuadamente antes de que se humedezca con vidrio fundido, se puede obtener un sello hermético al vacío de buena resistencia mecánica. Después de que el cobre se oxida, a menudo se sumerge en una solución de bórax, ya que boratar el cobre ayuda a prevenir la sobreoxidación cuando se vuelve a introducir en una llama. El alambre de cobre simple no se puede utilizar porque su coeficiente de expansión térmica es mucho mayor que el del vidrio. Por lo tanto, al enfriarse, una fuerte fuerza de tracción actúa sobre la interfaz vidrio-metal y se rompe. Las interfaces de vidrio y vidrio a metal son especialmente sensibles a la tensión de tracción. El alambre Dumet es un alambre revestido de cobre (aproximadamente el 25% del peso del alambre es cobre) con un núcleo de aleación 42 de níquel-hierro, una aleación con una composición de aproximadamente 42% de níquel. [10] El núcleo tiene un bajo coeficiente de expansión térmica, lo que permite un cable con un coeficiente de expansión térmica radial que es ligeramente más bajo que el coeficiente lineal de expansión térmica del vidrio, de modo que la interfaz vidrio-metal está debajo una tensión de compresión baja. Tampoco es posible ajustar la expansión térmica axial del cable. Debido a la resistencia mecánica mucho más alta del núcleo de níquel-hierro en comparación con el cobre, la expansión térmica axial del alambre Dumet es aproximadamente la misma que la del núcleo. Por lo tanto, se genera un esfuerzo cortante que está limitado a un valor seguro por la baja resistencia a la tracción del cobre. Esta es también la razón por la que Dumet solo es útil para diámetros de alambre inferiores a aproximadamente 0,5 mm. En un sello Dumet típico a través de la base de un tubo de vacío, se suelda a tope un trozo corto de alambre Dumet a un alambre de níquel en un extremo y un alambre de cobre en el otro. Cuando se presiona la base de vidrio de plomo, el alambre de Dumet y una pequeña parte del níquel y el alambre de cobre quedan encerrados en el vidrio. Luego, el alambre de níquel y el vidrio alrededor del alambre Dumet se calientan con una llama de gas y el vidrio se sella al alambre Dumet. El níquel y el cobre no sellan herméticamente al vacío al vidrio, sino que se apoyan mecánicamente. La soldadura a tope también evita problemas con fugas de gas en la interfaz entre el alambre del núcleo y el cobre.
Sello de tubo de cobre
Otra posibilidad para evitar una fuerte tensión de tracción al sellar cobre a través del vidrio es el uso de un tubo de cobre de pared delgada en lugar de un alambre sólido. Aquí se acumula un esfuerzo cortante en la interfaz vidrio-metal que está limitado por la baja resistencia a la tracción del cobre combinada con un bajo esfuerzo de tracción. El tubo de cobre es insensible a la alta corriente eléctrica en comparación con un sello Dumet porque al calentar la tensión de tracción se convierte en una tensión de compresión que está nuevamente limitada por la resistencia a la tracción del cobre. Además, es posible pasar un cable de cobre sólido adicional a través del tubo de cobre. En una variante posterior, solo una sección corta del tubo de cobre tiene una pared delgada y el tubo de cobre se ve impedido de contraerse al enfriarse por un tubo de cerámica dentro del tubo de cobre.
Si se van a colocar grandes partes de cobre en vidrio, como el ánodo de cobre enfriado por agua de un tubo transmisor de radio de alta potencia o un tubo de rayos X, históricamente se usa el sello de borde de cuchillo Houskeeper. Aquí, el extremo de un tubo de cobre se mecaniza para obtener un filo de cuchillo afilado, inventado por O. Kruh en 1917. En el método descrito por WG Houskeeper, el exterior o el interior del tubo de cobre hasta el borde de la cuchilla se humedece con vidrio y se conecta al tubo de vidrio . [11] En descripciones posteriores, el filo de la navaja simplemente se humedece varios milímetros de profundidad con vidrio, generalmente más profundo en el interior, y luego se conecta al tubo de vidrio .
Si el cobre se sella al vidrio, es una ventaja obtener una fina capa de Cu rojo brillante.
2O capa que contiene entre cobre y vidrio. Esto se hace borando. Después de WJ Scott, se sumerge un alambre de tungsteno recubierto de cobre durante aproximadamente 30 s en ácido crómico y luego se lava a fondo con agua corriente del grifo. Luego se sumerge en una solución saturada de bórax y se calienta a un calor rojo brillante en la parte oxidante de una llama de gas. Posiblemente seguido de enfriamiento en agua y secado. Otro método consiste en oxidar ligeramente el cobre en una llama de gas y luego sumergirlo en una solución de bórax y dejarlo secar. La superficie del cobre boratado es negra cuando está caliente y se vuelve rojo vino oscuro al enfriarse.
También es posible realizar un sello brillante entre el cobre y el vidrio donde es posible ver la superficie de cobre en blanco a través del vidrio, pero esto da menos adherencia que el sello con el Cu rojo.
2O capa que contiene. Si el vidrio se funde sobre cobre en una atmósfera de hidrógeno reductor, el sello es extremadamente débil. Si el cobre se va a calentar en una atmósfera que contenga hidrógeno, por ejemplo, una llama de gas, debe estar libre de oxígeno para evitar la fragilización por hidrógeno. El cobre, que está destinado a utilizarse como conductor eléctrico, no está necesariamente exento de oxígeno y contiene partículas de Cu.
2O que reaccionan con el hidrógeno que se difunde en el cobre a H
2O que no puede difundir el cobre y, por lo tanto, causa fragilidad. El cobre que se usa generalmente en aplicaciones de vacío es de calidad OFHC (sin oxígeno-alta conductividad) muy puro, que no contiene Cu
2O y aditivos desoxidantes que pueden evaporarse a alta temperatura en vacío.
Sello de disco de cobre
En el sello de disco de cobre, propuesto por WG Houskeeper, el extremo de un tubo de vidrio está cerrado por un disco de cobre redondo. Un anillo de vidrio adicional en el lado opuesto del disco aumenta el posible grosor del disco a más de 0,3 mm. La mejor resistencia mecánica se obtiene si ambos lados del disco se fusionan al mismo tipo de tubo de vidrio y ambos tubos están al vacío. El sello de disco es de especial interés práctico porque es un método simple para hacer un sello en vidrio de borosilicato de baja expansión sin la necesidad de herramientas o materiales especiales. Las claves del éxito son la boración adecuada, el calentamiento de la junta a una temperatura lo más cercana posible al punto de fusión del cobre y ralentizar el enfriamiento, al menos empaquetando el conjunto en lana de vidrio mientras aún está al rojo vivo.
Sello emparejado
En un sello combinado, la expansión térmica del metal y el vidrio coincide. El alambre de tungsteno recubierto de cobre se puede usar para sellar a través de vidrio de borosilicato con un bajo coeficiente de expansión térmica que se corresponde con el tungsteno. El tungsteno se recubre electrolíticamente con cobre y se calienta en una atmósfera de hidrógeno para rellenar las grietas del tungsteno y obtener una superficie adecuada para sellar fácilmente el vidrio. El vidrio de borosilicato de la cristalería de laboratorio habitual tiene un coeficiente de expansión térmica más bajo que el tungsteno, por lo que es necesario utilizar un vidrio de sellado intermedio para obtener un sellado libre de tensiones.
Hay combinaciones de vidrio y aleaciones de hierro-níquel-cobalto ( Kovar ) donde incluso la no linealidad de la expansión térmica coincide. Estas aleaciones se pueden sellar directamente al vidrio, pero luego la oxidación es crítica. Además, su baja conductividad eléctrica es una desventaja. Por lo tanto, a menudo están chapados en oro. También es posible utilizar un baño de plata, pero luego es necesaria una capa de oro adicional como barrera de difusión de oxígeno para evitar la formación de óxido de hierro.
Si bien hay aleaciones de Fe-Ni que igualan la expansión térmica del tungsteno a temperatura ambiente, no son útiles para sellar el vidrio debido a un aumento demasiado fuerte de su expansión térmica a temperaturas más altas.
Los interruptores de lengüeta utilizan un sello combinado entre una aleación de hierro y níquel (NiFe 52) y un vidrio combinado. El vidrio de los interruptores de lengüeta suele ser verde debido a su contenido de hierro porque el sellado de los interruptores de lengüeta se realiza mediante calentamiento con radiación infrarroja y este vidrio muestra una alta absorción en el infrarrojo cercano.
Las conexiones eléctricas de las lámparas de vapor de sodio de alta presión, las lámparas de color amarillo claro para alumbrado público, están hechas de niobio aleado con un 1% de circonio. [12]
Históricamente, algunos tubos de rayos catódicos de televisión se fabricaban utilizando acero férrico para el embudo y vidrio combinado en expansión con acero férrico. La placa de acero utilizada tenía una capa de difusión enriquecida con cromo en la superficie hecha calentando el acero junto con óxido de cromo en una atmósfera que contiene HCl. A diferencia del cobre, el hierro puro no se adhiere fuertemente al vidrio de silicato. Además, el hierro técnico contiene algo de carbono que forma burbujas de CO cuando se sella al vidrio en condiciones oxidantes. Ambos son una fuente importante de problemas para el revestimiento de acero con esmalte técnico y hacen que los sellos directos entre el hierro y el vidrio no sean adecuados para aplicaciones de alto vacío. La capa de óxido formada en acero que contiene cromo puede sellar el vidrio herméticamente al vacío y el cromo reacciona fuertemente con el carbono. El hierro plateado se usó en los primeros tubos de microondas.
Es posible hacer sellos combinados entre cobre o acero austenítico y vidrio, pero el vidrio de silicato con esa alta expansión térmica es especialmente frágil y tiene una baja durabilidad química.
Sello de lámina de molibdeno
Otro método ampliamente utilizado para sellar a través del vidrio con un bajo coeficiente de expansión térmica es el uso de tiras de lámina fina de molibdeno. Esto se puede hacer con coeficientes de expansión térmica emparejados. Luego, los bordes de la tira también deben estar afilados como un cuchillo. La desventaja aquí es que la punta del borde, que es un punto local de alta tensión de tracción, atraviesa la pared del recipiente de vidrio . Esto puede provocar fugas de gas bajas. En el sello del borde de la cuchilla de tubo a tubo, el borde está afuera, adentro o enterrado en la pared de vidrio.
Sello de compresión
Otra posibilidad de construcción del sello es el sello de compresión. Este tipo de sello de vidrio a metal se puede utilizar para pasar a través de la pared de un recipiente de metal. Aquí, el cable suele coincidir con el vidrio que se encuentra dentro del orificio de una pieza de metal resistente con un coeficiente de expansión térmica más alto. Los sellos de compresión pueden soportar presiones extremadamente altas y estrés físico, como choques mecánicos y térmicos. Debido a que el vidrio es extremadamente fuerte en compresión, los sellos de compresión pueden soportar presiones muy altas. [13]
Cloruro de plata
El cloruro de plata , que se funde a 457 ° C, se une al vidrio, metales y otros materiales y se ha utilizado para sellar al vacío. Incluso si puede ser una forma conveniente de sellar metal en vidrio, no será un verdadero sello vidrio a metal, sino más bien una combinación de vidrio a cloruro de plata y una unión de cloruro de plata a metal; una alternativa inorgánica a los enlaces de cera o pegamento.
Aspectos de diseño
Además, el diseño mecánico de un sello de vidrio a metal tiene una influencia importante en la confiabilidad del sello. En los sellos prácticos de vidrio a metal, las grietas generalmente comienzan en el borde de la interfaz entre el vidrio y el metal, ya sea dentro o fuera del recipiente de vidrio. Si el metal y el vidrio circundante son simétricos, la grieta se propaga en un ángulo alejado del eje. Por lo tanto, si la envoltura de vidrio del alambre de metal se extiende lo suficientemente lejos de la pared del contenedor, la grieta no atravesará la pared del contenedor, pero alcanzará la superficie del mismo lado donde comenzó y el sello no se escapará a pesar de la grieta.
Otro aspecto importante es el mojado del metal por el vidrio. Si la expansión térmica del metal es mayor que la expansión térmica del vidrio como con el sello Housekeeper, un ángulo de contacto alto (mala humectación) significa que hay una alta tensión de tracción en la superficie del vidrio cerca del metal. Dichos sellos generalmente se rompen dentro del vidrio y dejan una fina capa de vidrio sobre el metal. Si el ángulo de contacto es bajo (buena humectación), la superficie del vidrio está en todas partes bajo tensión de compresión, como una capa de esmalte . El vidrio ordinario de cal sodada no fluye sobre el cobre a temperaturas por debajo del punto de fusión del cobre y, por lo tanto, no da un ángulo de contacto bajo. La solución es cubrir el cobre con un vidrio de soldadura que tiene un punto de fusión bajo y fluye sobre el cobre y luego presionar el vidrio blando de cal sodada sobre el cobre. El vidrio de soldadura debe tener un coeficiente de expansión térmica igual o un poco menor que el del vidrio de cal sodada. Se utilizan vidrios con alto contenido de plomo clásico, pero también es posible sustituirlos por vidrios multicomponente, por ejemplo, basados en el sistema Li.
2O - Na
2O - K
2O - CaO - SiO
2- B
2O
3- ZnO - TiO
2- BaO - Al
2O
3.
Ver también
- Sello hermético
Referencias
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- US 7102242 , Brix, et al., "Tubos de vidrio sin plomo, especialmente para encapsular diodos y diodos encapsulados con los mismos", emitida en 2006
enlaces externos
- Sellado hermético de vidrio a metal