В первых электронных лампах проблему герметичных вводов решали платиной. Но для массовой электроники такой вариант был слишком дорогим. Нужен был другой материал — доступный, технологичный и стабильный по свойствам.
Так появился ковар — сплав, который позволяет надежно соединять стекло и металл без трещин и потери герметичности. Он редко попадает в новости, но без него сложно представить вакуумную технику, герметичные корпуса микросхем и многие оптоэлектронные решения.
Петербургский завод прецизионных сплавов объясняет, за счет чего ковар «примиряет» материалы, которые в обычных условиях считаются почти несовместимыми.
На первый взгляд стекло и металл отличаются очевидным: одно хрупкое и аморфное, другое пластичное и кристаллическое. Но ключевой конфликт проявляется не столько в структуре, сколько в термомеханическом поведении при нагреве и охлаждении.
Главная проблема — различие коэффициентов теплового расширения. Металлы, включая железо и его сплавы, расширяются при нагреве сравнительно быстро и зачастую более резко. Стекло же реагирует иначе: расширяется медленнее и, что особенно важно, при охлаждении не способно «подстроиться» пластической деформацией.
Если соединить стекло и металл напрямую и затем подвергнуть нагреву или термоциклированию, на границе материалов возникает сильное остаточное напряжение. В практических условиях это приводит к предсказуемому результату: металл «тянет» стекло, и стеклянная оболочка растрескивается или теряет герметичность.
Именно эта проблема долгое время сдерживала развитие электронных ламп, рентгеновских трубок и вакуумной аппаратуры, где требовались долговечные спаи.
В ранних конструкциях инженеры применяли платину — один из немногих металлов, коэффициент расширения которого близок к определенным типам стекол. Это позволяло получать относительно стабильные спаи, особенно в высокотемпературных узлах.
Однако у платины есть очевидный недостаток для промышленности: она слишком дорогая. Для массового производства электронных приборов такой путь оказался экономически неприемлемым.
Нужен был материал, который сочетает:
Так в промышленную практику вошел ковар.
Ковар (в отечественной маркировке — 29НК) — это прецизионный сплав на основе железа со строго регламентированным химическим составом и контролируемыми характеристиками.
Его классическая формула включает три компонента:
Важный физический механизм связан с тем, что кобальт в данном составе понижает температуру точки Кюри и стабилизирует поведение материала в температурном диапазоне, характерном для технологических операций спая.
В прецизионных сплавах решающее значение имеет не только прочность, но и управляемая термодеформация. Ковар отличается тем, что в широком температурном интервале демонстрирует поведение, близкое к боросиликатным и другим техническим стеклам.
Коэффициент линейного теплового расширения ковара подогнан настолько точно, что при нагреве стекло и металл расширяются примерно одинаково, а при охлаждении — сжимаются практически синхронно. Это снижает внутренние напряжения на границе соединения и позволяет формировать герметичный спай без трещин и отслоений.
С инженерной точки зрения это означает следующее: при корректно подобранном стекле и соблюдении технологии герметизация выдерживает:
Никакой другой распространенный конструкционный металл не способен на столь точное «согласование» со стеклом без дополнительных компенсирующих слоев.
Даже идеальное совпадение коэффициента теплового расширения не гарантирует надежного герметичного соединения. Для качественного спая необходимо соблюдение еще нескольких принципиальных условий.
Ковар обычно находится внутри устройства и не виден пользователю, но именно он обеспечивает герметичность и стабильность.
Чаще всего его используют:
На практике ковар выбирают, когда нужно надежно соединить металл со стеклом или материалами, близкими по поведению (включая некоторые виды керамики).
Ковар нельзя выплавить «примерно» — отклонения по никелю или кобальту изменят коэффициент температурного расширения, и материал начинает вести себя непредсказуемо. Это часто заканчивается:
Поэтому производители приборов и электронной техники выбирают тех поставщиков, которые обеспечивают:
Петербургский завод прецизионных сплавов — одно из немногих предприятий в России, освоивших полный цикл производства ковара. Мы не просто выплавляем сплав, а обеспечиваем стабильность свойств от партии к партии, что критично для серийного производства.
Для предприятий приборостроения и электротехники ПЗПС предлагает холоднокатаную ленту из сплава 29НК (ковар) — удобную форму поставки для последующих операций штамповки, резки, формовки и сборки герметичных узлов.
Чтобы материал легко встраивался в производственный процесс, мы предлагаем не просто «ленту как продукт», а промышленное решение:
Сплав 29НК — это материал, который сделал электронику массовой. Именно ковар является ярким примером того, как точная металлургия решает фундаментальный конфликт материаловедения. Он создает редкий баланс, в котором стекло и металл перестают разрушать друг друга при нагреве и охлаждении.
Ковар остается критически важным элементом современной технологической цивилизации — от микросхем и вакуумной техники до мощной светотехники. По вопросам поставки обращайтесь по телефону +7 (812) 740-76-87 или оставляйте заявку на нашем сайте.
