Ковар

Кова́р — прецизионный сплав с заданным коэффициентом линейного теплового расширения, обычно состоящий из 29 % никеля (Ni), 17 % кобальта (Co) и 54 % железа (Fe) с примесями кремния, углерода, марганца.

Имеет коэффициент теплового расширения близкий в широком диапазоне температур к коэффициенту теплового расширения боросиликатного стекла, используемого для изготовления баллонов ламп накаливания, люминесцентных ламп, электровакуумных приборов, металлостеклянных изоляторов и металлокерамических корпусов микросхем.

Отличается высокой адгезией к расплавленному стеклу, поэтому широко используется для изготовления проходящих через стекло электрических выводов вакуумных, газонаполненных и герметизированных приборов и различных ламп.

Название сплава «ковар» является зарегистрированной торговой маркой фирмы Carpenter Technology Corporation CRS Holdings, inc., Delaware. В СССР и России имеет наименование «сплав НК29» и «сплав НК29-ВИ».

Свойства

Свойство	После спекания	После горячего прессования
Плотность, г/см3	8,0	8,35
Температура плавления, °C	1450
Удельная теплоёмкость Дж/(кг•K)	460
Теплопроводность, Вт/(К•м)	17; (16,7; 17,3; 19)
Твердость по Виккерсу (нагрузка 1 кгс)	160	150
Предел прочности на разрыв, МПа (кгс)	650 (65)
Относительное удлинение при разрыве, %	30
Коэффициент Пуассона	0,32—0,42; 0,317
Модуль Юнга, ГПа	138—196
Предел упругости, МПа	270
Удельное электрическое сопротивление, Ом•мм2/м	0,49

Представляет собой мягкий, пластичный металл серебристо-белого цвета.

Во влажной среде сплав подвержен коррозии, требует защитных антикорозийных покрытийю Обычно, с этой целью изготовленные из сплава выводы приборов никелируют.

Сплав хорошо лудится оловянно-свинцовыми припоями. При спайке со стеклом образует надёжное вакуумно-плотное сцепление. Сквозь прозрачное бесцветное стекло видно, что проволока, изготовленная из сплава, в спае имеет медно-красный цвет, поэтому иногда ошибочно считают, что проволока изготовлена из меди.

Модуль Юнга и коэффициент Пуассона зависят от термической обработки сплава и его деформации, — после отжига или в нагартованном состоянии: модуль Юнга от 138 МПа до 196 МПа, коэффициент Пуассона от 0,317 до 0,42.

Ферромагнитные свойства

• Сплав ферромагнитен. Температура Кюри 420 °C, по другим данным 435 °C.
• Коэрцитивная сила: 74 А/м.
• Начальная магнитная проницаемость: 0,78 мГн/м.
• Максимальная магнитная проницаемость: 6,36 мГн/м.
• Остаточная индукция магнитного поля: 0,9750 Тл.
• Магнитная индукция в поле 8 эрстед: 1,325 Тл.

Температурный коэффициент линейного расширения

Температурный коэффициент линейного расширения сплава (ТКЛР) хорошо согласован с ТКЛР некоторых специальных марок стекла. Например, стекла марок С49-2, С51-1, С51-2 имеют ТКЛР в диапазоне температур от 20 до 300 °C 5,2·10⁻⁶ 1/К.

При температуре в точке Кюри в сплаве происходит фазовый переход — до этой температуры ТКЛР имеет значение около 5,5·10⁻⁶ 1/К, а свыше точки Кюри около 9·10⁻⁶ 1/К. Этот излом зависимости ТКЛР от температуры называют точкой перегиба. Значение температуры точки перегиба нормируется стандартами на сплав. Для сплава НК29 точка перегиба должна быть 420 °C.

ТКЛР сплавов 29НК и 29НК-ВИ в виде отожжённой ленты приведён в таблице.

Зависимость температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) в диапазоне от 20 °C до указанного в таблице

Температура, °C	-100	-80	-60	-40	-20	100	200	300	400	500	600	700	800
Температурный коэффициент линейного расширения сплавов 29НК и 29НК-ВИ, ×106 1/К	7,6	7,5	7,4	7,4	7,1	6,3	5,9	5,2	5,0	6,4	7,7	9,0	9,8

Химический состав

В СССР и России химический состав прецизионных сплавов устанавливает ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки». Например, сплав марки 29НК имеет следующий состав в массовых %:

Железо	Никель	Кобальт	Углерод	Кремний	Марганец	Фосфор	Сера	Хром	Медь	Алюминий	Титан
остальное	29	17	не более 0,03	не более 0,3	не более 0,4 %	не более 0,015	не более 0,015	не более 0,1	не более 0,2	не более 0,2	не более 0,1

Иные химические элементы, кроме железа, никеля и кобальта нежелательны в составе сплава, так как ухудшают его свойства.

Производство

Сплав выплавляется в дуговых электропечах. Легирующие компоненты добавляются в виде ферросплавов. В процессе выплавки тщательно контролируется химический состав сплава, поэтому этот сплав относят к прецизионным сплавам.

После выплавки слитки сплава подвергают прокатке, волочению для получения проволоки, прутков разного сечения, лент, труб и других профилей.

Перед применения для спайки со стеклом или керамикой заготовки из сплава подвергают отжигу в атмосфере влажного водорода при температуре 800—900 °C и затем создают на поверхности окисную плёнку нужной толщины нагревом в воздухе с заданной длительностью до контролируемой температуры. Окисная плёнка состоит из оксидов кобальта и никеля с незначительной примесью оксида железа, так как образующийся при окислении оксид железа восстанавливается кобальтом. Окисная плёнка существенно улучшает адгезию к расплавленному стеклу.

Применение

Сейчас основной потребитель сплава (после вытеснения электровакуумных приборов полупроводниковыми приборами) — производство ламп накаливания и люминесцентных осветительных ламп, полупроводниковых приборов в металлостеклянных и металлокерамических корпусах, герметизированных электрических разъёмов со стеклянными изоляторами, где изготовленная из сплава проволока или лента используется для герметичных токовыводов, проходящих через стекло или керамику.

В меньшей мере сплав используется для изготовления выводов микросхем (даже необязательно микросхем в металлостеклянных или металлокерамических корпусах, также и в пластиковых). Это применение сплава для выводов микросхем в пластиковых корпусах и других применений обусловлено относительной дешевизной сплава, доступностью и хорошей технологичностью — сплав и в холодном состоянии пластичен, хорошо прокатывается, вытягивается, штампуется с глубокой вытяжкой, сваривается, паяется оловянно-свинцовыми и твёрдыми припоями.

См. также

Некоторые сплавы с нормируемым ТКЛР:

• Инвар (сплав).
• Элинвар (группа сплавов).
• Платинит (сплав).

Ссылки

• Курсовая: Технологические процессы герметизации ИМС (интегральных микросхем).
• Ковар на t-book.net.
• Ковар (предел текучести, прочность на разрыв) (недоступная ссылка) // RedMetSplav.ru.
• Характеристики ковара 29НК.