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[1]. В СССР и России имеет наименование «сплав НК29» и «сплав НК29-ВИ»[2].
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)[3] | |
| 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[4] | |
| 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 антикоррозийных покрытий. 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[5]
- 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[6].
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[5]. Для сплава НК29 точка перегиба должна быть 420 °C.
ТКЛР сплавов 29НК и 29НК-ВИ в виде отожжённой ленты приведён 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, ×10-6 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[7][4].
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:
Примечания
- ↑ USPTO United States Patent and Trademark Office Trademark Assignment Abstract (1993). Дата обращения: 18 июня 2014.
- ↑ Cплав НК29
- ↑ По другим данным.
- ↑ 1 2 Espi Metels. Kovar.
- ↑ 1 2 3 ГОСТ 14080-78. Лента из прецизионных сплавов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. Технические условия.
- ↑ Температурный коэффициент линейного расширения некоторых марок стекла при различных температурах.
- ↑ High Temp. Kovardata.
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.