钼片－石英玻璃封接的工艺原理-太阳能灯节能技术论文(1)

许多近代节能光源都以石英玻璃作为灯壳。这时，作为导线的金属－石英玻璃封接就是必不可少的部件。

它的质量直接影响灯的成品率和寿命。 众所周知，由于石英玻璃的膨胀系数很小（α＝5.4×10-7K-1），找不到膨胀系数和它接近的耐高温金属与它进行匹配封接。

钼片――石英玻璃的非匹配封接工艺简单、成本低廉，可在很高的温度下反复使用，已广泛用于各种光源的生产中。但是我们对它的工艺原理、影响其寿命的因素，了解还是不够，本文将就此问题作一介绍，希望能有利于产品质量的提高。

（1）基本结构 钼是一种耐高温的柔性金属，其熔点为26100C，远高于石英的软化温度（15500C）。把钼板延压成3～5μ的薄片，切成条形，两侧腐蚀成刀口状，成为封接用的钼片。

在钼片两端分别点焊上电极和外导丝，把点焊好的钼片放入石英玻璃管内，在保护气体中将它们加热至石英玻璃的软化温度以上，然后加压成形，石英玻璃和钼片粘合在一起，形成气密封接，见图1。在封接后，封接件渐渐冷却。

当封接件温度在石英玻璃的退火温度以上时（大于14000C），虽然钼片与石英玻璃的膨胀系数有很大差别，但因石英玻璃的粘滞性还较小，有一定的流动性，在冷却速度较慢条件下，一般不会产生永久性的应力。当封接件温度下降到转换温度以下时，石英玻璃失去塑性变形能力。

由于钼片的膨胀系数（α＝4.9×10-6k-1）远大于石英，钼片收缩远大于石英玻璃，于是在钼片与石英玻璃的界面上产生了张应力，幸而钼片是柔性金属，而且又很薄，在此应力作用下发生塑性变形，使应力充分释放，石英玻璃和钼片仍能粘合在一起而不会炸裂，使封接保持气密。

（2）应力和钼片形状的关系 钼片-石英玻璃封接的应力能否充分释放，主要取决于钼片的形状。只有在钼片很薄、即钼片的宽度和厚度之比（宽/厚）很大时，应力才能够充分释放。

表1是在钼片的截面相同（0.078mm2）时，（宽/厚）比与石英玻璃中应力之间的关系。 由表1可见，当（宽/厚）比为1时，应力高达440MPa，远大于石英玻璃的忍受能力。

当（宽/厚）比增大到115时，应力降低到2.2MPa，减小了约200倍，使钼片-石英玻璃封接不会炸裂。表2是我们常用的钼片尺寸。

这里需要指出钼片边缘的角度，虽然对应力的影响不大，但是角度太大，在压封时容易在边缘形成空隙，造成漏气。

（3）钼片涂银 当应力释放不很充分时，在钼片－石英玻璃界面上就有可能形成细微的裂纹。这些裂纹往往难以用肉眼觉察到，但在40倍以上的显微镜下还是可以观察到。

这时封接件在刚压封好时，大多还能保持气密。但是在灯工作一段时间后，灯的经常开关，使封接件受到反复的冷――热冲击，细纹可能扩大，最终导致漏气。

特别是有些灯需要在液氮温度下充气或充卤化物，使温差更大，容易造成漏气。研究发现，在钼片上涂上一薄层银，可防止裂纹的形成。

可能是在压封时，因银的熔点较低（9600C），在封接温度下熔化，在钼表面形成大量微颗粒，它们很容易在冷却过程中塑性变形，有效释放应力，防止裂纹的形成。

（4）钼片－石英玻璃之间的化学粘着力 为保证钼－石英玻璃封接的气密性，两者之间良好的粘着是基本条件。化学粘着力来自钼褪⒉Ａе湓诜饨游露认碌难趸乖从Γ涸陬猕D―石英玻璃界面上，二氧化硅被还原、钼被氧化，形成极薄的氧化钼层，它在高温下渗透扩散进入石英玻璃中，形成过渡层，保证了两者的气密封接。

若过渡层太薄，化学粘着力强度就较低；反之若过渡层太厚，钼表面严重氧化，那么，它可能会和钼片剥离，造成漏气。过渡层的厚薄，取决于封接温度、保护气体的纯度等因素。

（5）钼片－石英玻璃之间的物理粘着力 物理粘着力包括范德瓦尔斯分子力和两表面之间的机械联结。与两表面之间的机械力来比，范德瓦尔斯分子力很小，不起很大作用。

机械联结与钼表面微观物理性质有关。从微观角度来看，钼