一、玻璃封接連接器與金屬封接連接器的（de）特點

它們與塑料密封連接器相比，玻璃封（fēng）接連接器與金屬封（fēng）接連接器而成的連接器具有下列特點：
1、較好的機械強度
由於玻（bō）璃與金屬封接時，是通過玻璃液與金屬氧化層互相浸潤（rùn），形成混合化學鍵，這種（zhǒng）化學鍵結合力（lì）遠（yuǎn）大於塑料粘附（fù）金屬的結合力。所以（yǐ）用玻璃與金屬封裝的連（lián）接器具（jù）有足夠的（de）抗拉和抗扭強度。

2、耐高溫性
玻璃是一種無機非金屬材料，它（tā）有較高（gāo）的軟化點溫度，而且它在較（jiào）高溫度環（huán）境中（zhōng）使用時不會釋放任何有害成份。而塑料不僅不耐高溫，而且在（zài）高溫環境下（xià）易揮發出有害成份（fèn）。這（zhè）就（jiù）是有些連接器特別是一端需要完全密封並用來作工作界（jiè）麵的連接器（qì）（如程序控（kòng）製器和毫（háo）米波（bō）同軸連接器等）不能用塑料作絕緣材料的原因。

3、良（liáng）好的密封性，泄漏率可達到10－3Pa•cm3/s
此外，玻璃同（tóng）一般絕緣材料（liào）一樣，具有良好的電性能參數。玻璃的絕（jué）緣電（diàn）阻和介質耐壓（yā）完全能滿足連接器（qì）的設計要求（qiú）。它還具有很強的防腐蝕能力，適用於惡劣的環境。

總體上講，塑料密封連接器生產工藝（yì）較簡單，生產成本低，但它的（de）可靠性不如玻璃密封的連接器。而以玻璃作絕緣材料的連接器，雖然生（shēng）產工藝較複雜，成（chéng）本較高，但它（tā）具有的一些特性是塑料密封連接器所無法替（tì）代（dài）的。

在航天（tiān）科技領（lǐng）域，有許多特殊要（yào）求的連（lián）接器，用塑料密封無法滿足其性能（néng）要求，而隻能采用玻璃與（yǔ）金屬封接，才能滿足連接器的高（gāo）精度、高可靠性的要求。程（chéng）控器的連接頭是一個典型的以（yǐ）玻璃作絕緣材（cái）料的（de）多（duō）插針連接器，如圖1所示。下麵就以它的生產過程為例，闡述程控（kòng）器（qì）插（chā）頭生產的重要環（huán）節。

二、燒結夾具的選材及加（jiā）工連接器接觸件對位（wèi）置度和垂直度的要求均較高，其尺寸（cùn）精（jīng）度完（wán）全是（shì）由燒結夾具來保證的，所以選擇製備燒結夾具用的材料很重要。在選取燒結（jié）夾具用的材料時，首先要求滿足以下條件：
1、材料要耐高溫，且熔點溫度要高於燒結溫度。
2、在高溫情況下不與玻（bō）璃浸潤，也不汙染玻璃。
3、材料要有（yǒu）足夠的機械強度（dù），並易於機械加工。目前燒結行（háng）業普遍采用（yòng）高純石墨作燒結夾具材料。

石墨毛坯的工藝製（zhì）備（bèi）過程對石墨質量影響非常大。選擇購買高（gāo）純石墨坯（pī）件時（shí），石墨的（de）體積密度和抗壓強度應比較高。其體積密度值應在1.65g/cm3以上，其抗壓強度應大於40MPa。為了達到上述要求，必須嚴格（gé）要求石墨毛（máo）坯的加工。

石墨毛坯的加工是通過把高純石墨粉用樹脂（zhī）作粘結劑，在特定（dìng）外形的（de）模子中用大（dà）型壓機壓製（zhì）成需要的形狀，然後在煤油中浸漬，再經高溫煆燒（shāo）而成的。影響石墨坯件密度的因素主（zhǔ）要有毛坯的大小和壓機的壓力。在壓機壓力確定後，外形尺寸越小（xiǎo）其密度就越大。用煤焦油浸漬後（hòu）燒結，是為了（le）增加石墨粉之間的粘結（jié）強度，同時還可以（yǐ）提高石墨（mò）的密度和純度。石墨毛坯必須經（jīng）2次以上的浸漬，即在1次浸漬（zì）煤焦油燒結後（hòu），緊接著再浸漬煤（méi）焦（jiāo）油燒結1次。有時還要進行3浸、4浸。每多浸1次其密度和純度以及強度都有所提高，而且使石墨粉之間粘結得更（gèng）牢，更不（bú）易脫落，這是我們非常期望得（dé）到的結果（guǒ）。但每多浸1次成本會（huì）大幅度提高（gāo）。所謂3高（高純度、高密度、高強度）石墨都是（shì）經過至少2次浸漬而成的。

所（suǒ）以，我們在選擇（zé）用作燒結夾（jiá）具的石墨（mò）材（cái）料時，最好選擇方磚大小（xiǎo）的毛坯，至少經過2次浸漬。因為外形尺寸太大，不但壓緊程（chéng）度受限，而（ér）且浸漬（zì）效果（guǒ）也不好（hǎo）。

在加工燒結夾具時，由於石（shí）墨材料的質地偏軟，加工時不易定位，通常用（yòng）線切割機割出金屬定位模板，把石墨（mò）毛坯刨或銑成外形相（xiàng）應的方（fāng）塊，再把其中一麵磨平，以磨平麵為基準（zhǔn）麵，緊貼定位模板，在鑽床上鑽孔。如果鑽通孔，可以一次鑽好（hǎo）；如果（guǒ）是鑽盲（máng）孔，先必須選比要求直徑小0.1mm～0.2mm的鑽頭（其定位模板孔也相應偏小），深度鑽到比要求（qiú）尺寸淺0.3mm左右，然後拆除定位模（mó）板，再用（yòng）所需直徑的（de）平（píng）底鑽頭锪孔和清根。這樣才可以保證石墨夾具的加工精（jīng）度。

由於石墨在加工過（guò）程中會粘上油汙且容易吸潮（cháo），所以必（bì）須經預（yù）處（chù）理才（cái）能用於封接產品。首先，隨爐升溫到500℃左右且保（bǎo）溫半小時，去掉油汙，然後（hòu）在比封接溫度高10℃左右的氮氣保（bǎo）護氣氛（fēn）中預燒20min以上即可（kě）。這樣就可避（bì）免石（shí）墨夾具在封（fēng）接時（shí）給玻璃絕緣子帶來雜質和氣體。

三、金屬材料的淨化和預氧化處理

1、金屬淨化：金（jīn）屬零件加工好後要把表麵油（yóu）汙清洗幹淨，金屬零件內部（bù）還含有氣態雜（zá）質（CO、CO2、H2、H2O等（děng））和固態雜質（zhì）（如碳），這些雜質不利於玻璃與金屬的封接，必須通過金屬的淨化處理去除掉。金屬的淨化一般是（shì）通過真空淨化或者在氫氣保護下淨化，淨化溫度應比燒結（jié）溫（wēn）度高20℃～50℃。真空淨化效果比氫氣保護淨化效果好（hǎo），這是因為（wéi）在高溫爐中氫氣保護下的金屬表（biǎo）麵晶（jīng）粒（lì）易長大，產生所謂的“氫脆”現象。

2、金屬預（yù）氧（yǎng）化：玻璃與金（jīn）屬封接是通過金屬（shǔ）表麵氧（yǎng）化（huà）層過渡封接的。沒有氧化層，玻璃在金屬表麵浸潤不好，封接效果差。所以在封接前，金屬零件表麵必須預氧化。掌握好金屬預氧化（huà）程度對（duì）控製封接質（zhì）量非常（cháng）關鍵。氧化（huà）層太厚，富（fù）含氧的氧（yǎng）化鐵增多，它在封接時容易熔入玻璃中，從而影響玻璃絕緣子的電（diàn）性能；氧（yǎng）化層太薄，金（jīn）屬表麵多數是氧化（huà）亞鐵，由於玻（bō）璃液與氧化亞鐵的（de）親和性遠不如與氧化（huà）鐵的親和性，所以會影（yǐng）響（xiǎng）玻璃在金屬表麵的浸潤。

要控製金屬的氧化程度，必須進行長期試驗，不斷總（zǒng）結最佳工藝參數、溫度（dù）、時間和氣氛含量等。另外，由於金屬在預氧化後，氧化（huà）層很容易吸潮（cháo），會導致氧化（huà）“失效”。因此，預氧化和燒結同時（shí）進（jìn）行的觀點已逐漸被（bèi）人們采納，即金屬組件不預氧化就和玻璃坯在石墨夾具上裝配好，然後在爐中的低溫段（玻璃未熔化之前）通入氧氣，氧化金屬件，緊接著在氮氣保護（hù）下升溫到封接溫度，立即封接。

四、玻璃坯製備

製取玻璃坯有兩種途徑：一種（zhǒng）是先把玻璃熔融後拉製成內外徑均勻的玻璃管，再把玻璃管切割成相（xiàng）應的玻璃坯。用此方法製得的玻璃坯，尺寸不均勻，且難以上（shàng）批量生產；另一種方法是把玻璃粉與粉結（jié）劑（石蠟、油酸、聚乙烯醇等）拌勻，再在機器中（zhōng）自動（dòng）成型。根據成型方法不同（tóng）又可分（fèn）成幹（gàn）壓成型法和濕壓成型法。由於濕壓成型法的工序較複雜，除（chú）了加石蠟（là）作粘結劑外，還要加油酸（suān）作脫模劑，製出（chū）的玻璃坯中（zhōng）粘結劑難以排盡，所以此方法很少采用。目前用得最多的（de）是幹壓成型法。幹壓成型法是在玻璃粉（fěn）中加入適量石（shí）蠟，在加熱情況下充分拌勻後冷卻、過篩，然（rán）後在（zài）自（zì）動製（zhì）坯機上成（chéng）型。此方法的操作較（jiào）簡單，且石蠟（là）容易排盡。

五、玻璃與金（jīn）屬封（fēng）接

目前，玻璃與金屬的封接方式（shì）有兩種：匹配封接和壓縮封接。匹配封接是選（xuǎn）用膨脹係數比較接近的玻璃（lí）和金屬（在常溫到玻璃軟化溫度範圍內），在高（gāo）溫封接後的逐漸冷卻過程中使玻（bō）璃和金屬收縮保持（chí）一致，從（cóng）而減少由於玻璃（lí）與金屬收縮差（chà）而產生的內應力（lì）。壓縮封接是指選用的金屬材料的膨脹係數比玻璃膨脹（zhàng）係數大，在封接冷（lěng）卻時由於金屬收縮比（bǐ）玻璃收縮大，從而使金屬對（duì）玻璃產生一個壓應力（利（lì）用玻璃承受抗壓能力遠大於抗拉能力的特性），以此達到（dào）封接目的。目前的壓縮封（fēng）接工藝還有待完善。封接所選取的材料和控製（zhì）參數都有待進（jìn）一步探討，而且（qiě）采用壓（yā）縮封接（jiē）存在電性能較差的致（zhì）命弱點。

玻璃與金屬封接過程是（shì）一個複雜的物理化（huà）學反應過程。必須根（gēn）據整個封接過程中玻璃與金屬氧化（huà）反應來確定燒結參數。除了要保證玻璃（lí）在固化過程中的膨脹係數與金屬膨脹係數基本保持（chí）一致外，金屬預氧化、玻璃液粘度變化、2次再結晶及冷卻時的玻璃分相現象（xiàng）都必須（xū）充分（fèn）考慮。

1、玻璃與金（jīn）屬的膨脹（zhàng）係數：玻（bō）璃與金屬的膨脹係數（shù）主要（yào）決定於材料成份。隻要選定了玻璃牌號和金屬牌號，其膨脹係數（shù）也就確定了。金屬材料通常（cháng）選用4J29鐵鎳鈷可伐（fá）合金（jīn）（Fe54％、Ni29％和Co17％），其膨脹係數為4.7×10－6/℃。與（yǔ）4J29進行匹配（pèi）封接的玻璃粉牌號主要有DM-305、DM- 308、DM-320等，其（qí）成（chéng）份及有關性能見表1。由於它們（men）的成份不相（xiàng）同,在封接時溫（wēn）度和時間的參（cān）數也不相同，而且所選材料（liào）牌號不同而封接後效果也有（yǒu）差異。例如，在（zài）同等工藝條件下，選用DM-305玻璃粉封接後其絕緣電阻和耐壓強度（dù）都要好於DM-308玻（bō）璃粉。而DM-308玻璃粉封接後其封接結合力比 DM-305強。

2、玻璃粘度：玻璃的粘度隨著溫度（dù）變化而成（chéng）數量級變化。玻璃粘度範圍可在10～1012之間變化，在此區間玻璃由液體轉變成固體。玻璃固化溫（wēn）度範圍相對應的粘度在1010～1012之間，在此區間選擇去應力的溫度；玻璃封接溫度範圍（wéi）相對應的（de）粘度為103～105；軟（ruǎn）化溫度範圍相對應的（de）粘度為108～1010，在此溫度範圍（wéi）必須防止玻璃（lí）分相。

3、2次再結晶：嚴格地講，燒結和封接的概念是有區別的，燒結是無機材料內部（bù）固相和固相或固（gù）相和液相之間的反應；而封接是完全玻璃液相與金屬相之間的反應（yīng）。封接的粘度比燒結的粘度低，即封接的（de）溫度高於燒結的溫度。在燒結時（shí）溫度偏高和時間太長都會引起玻璃產生2次再結（jié）晶。而封接溫度是燒結溫（wēn）度的上限（xiàn），所以更容易產生2次再結晶（jīng）。2次再結晶，不（bú）同於一般的晶（jīng）粒生長，晶粒正常生長是不（bú）存在晶（jīng）核的，晶粒界麵上也無應力。2次再結晶是物相反應中個別晶粒異常長大，晶界上有應力存（cún）在。結果常在（zài）大晶粒內出現（xiàn）隱裂紋，導致玻璃材料機械、電氣性能惡化。這是玻璃絕緣（yuán）子易（yì）碎裂的（de）主要原因。所以在玻璃與金屬封（fēng）接時，在（zài）保證封接充分完成（chéng）的前（qián）提下，應盡量縮短封接時間。

4、玻璃分相：玻璃在（zài）冷卻過程中還容（róng）易產生分相現象。所謂玻璃分相就是高溫時均勻的玻璃液冷卻到一定的溫（wēn）度範圍內，有可能分成兩種或更多（duō）種互相獨立（lì）的單獨相。例如DM-308玻（bō）璃在軟化（huà）溫度附近極易（yì）分（fèn）成彼此獨立的富含（hán）SiO2、富含B2O3、富含Al2O3、富含R2O等獨立相（xiàng）。而這些彼此獨立的（de）相完全（quán）改變（biàn）了玻璃的本身特性，電性能和化學（xué）穩定性都（dōu）會相（xiàng）應下（xià）降（jiàng）。怎（zěn）樣才能防止（zhǐ）玻璃分相呢？玻璃分相的原因是由於玻璃冷卻過程中晶粒為了保持最（zuì）穩定的狀態（自（zì）由焓最小（xiǎo））而（ér）同相互相結（jié）合。這種分相現象與持續時間成正比。為了避免分相現象的產生，必須選擇在容（róng）易分相（xiàng）的溫（wēn）度區域內（nèi）快速冷卻，使玻璃快速越過此溫度界線，處於一種亞穩狀態。這就很好地保證了玻璃各向同性和亞穩性的特點。

但（dàn）玻璃急冷到（dào）退火溫度範圍時，就必須緩慢冷卻，隻有（yǒu）在退火溫度範圍內保（bǎo）持充分時間，才能最大程度地消除玻璃與金屬封接界麵和（hé）玻璃體內部的應力（lì）。

     綜上所述隻要選定恰當的材料，根據上述原則製定（dìng）出合理的燒結工藝參數，就可以保證玻璃與金屬的封接質量。從而達到客戶的需求。