[发明专利]真空开关管陶瓷－金属非匹配性一步封接

说明书

本发明是关于采用活性合金焊料箔将真空开关管陶瓷管壳与金属端盖进行非匹配性一步封接的方法。陶瓷-金属活性封接方法的有关专利很多，如us4591535、us4679960、us4684579、us4735866、us5368220等，但均并非解决真空开关管陶瓷-金属非匹配性一步封接的技术。

活性金属粉末封接法虽已有60余年历史，但其操作麻烦，涂层质量一致性差，封接强度较低，易于慢性漏气。在合理设计封接结构的条件下，采用活性合金焊料箔直接封接法可以克服这些不足，获得强度高、气密性好的高可靠封接。

根据本发明，采用成份为38-50wt％cu、1.2-2.5wt％Ti，余为Ag的活性合金焊料(ACT-H)箔，无需使陶瓷预先金属化，可以避免金属化技术难度大，工艺复杂，难于质量监控等一系列技术困难和生产成本高等问题，实现真空开关管陶瓷管壳与非铁磁性廉价金属(如不锈钢、无氧铜及含Cr、Zr的高强度铜合金等)端盖的高可靠一步封接，工艺简捷，有利于环境保护、成本降低、便于工业生产，能确保整个真空开关管管体具有非铁磁性特点，在磁场环境中正常工作。

根据真空开关管金属端盖材料及其尺寸等要求不同，可以采用相应不同的封接结构。图1是真空开关管的结构示意图。图2示出了整管受机械力负荷不大而采用较簿的不锈钢(如1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti等)作端盖的封接结构，ACT-H箔园环3置于陶瓷管壳1与金属端盖2之间，端盖2封接面为带有内倾角θ的台锥面，θ约为2°-5°。当不锈钢端盖厚度大于0.5mm时，端盖封接面以上部分的壁厚应不大于0.5mm，如图3所示，其高度h不小于6mm。

当整管受机械力较大或有特殊要求时，不锈钢端盖与陶瓷管壳的封接可采用如图4所示结构，其簿环形无氧铜应力缓冲环4封接面可为一台锥面，也可如图5所示结构带一环形凹槽(d＝0.02-0.05mm，b＝0.6-1.2mm)。应力缓冲环4带有外套接台阶，与不锈钢端盖之间的钎接可用ACT-H焊料；如端盖2己镀镍，则可用常规银铜焊料钎焊。

当采用无氧铜或含Cr、Zr等高强度铜合金作金属端盖时，无论其厚度大小，均可采用如图6或图7所示的封接面结构，用ACT-H进行一步封接。

上述各种金属端盖和无氧铜应力缓冲环的封接面为台锥面或带有凹槽，其加工简便，但很关键。这是该种活性焊料箔的特性所要求的。台锥面和凹槽的存在，可以使封接强度和气密性得到充分保证。

在真空开关管对陶瓷管壳与金属端盖进行一步封接的同时，可用ACT-H对较难钎焊的铜铬触头与无氧铜导电杆及陶瓷管壳内壁与金属屏蔽罩之间进行钎焊，对于其它易焊金属另件之间用常规银铜焊料钎焊即可。这样就可实现名副其实的真空开关管的一步排封。

根据本发明，采用的活性合金焊料(ACT-H)箔，其厚度为0.04-0.12mm，封接温度可在835℃-890℃范围内选择，真空度P≤5×10^-3Pa。

根据本发明，采用ACT-H箔圆环的内径比陶瓷管壳内径明显大，而其外径却比陶瓷管壳外径明显小，这对改善整管的耐压特性有重要作用。

根据本发明，采用厚度为0.75mm的ACT-H箔和封接面带有凹槽的无氧铜应力缓冲环，按图5结构在P≤5×10^-3Pa、855℃下，对外径为Φ80mm的真空开关管95％Al₂O₃瓷管壳与厚度为1.0mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了一步封接，取得了良好结果，焊料浸润正常，封口气密性良好，氦漏率Q≤1.33×10^-8Pa.L/s。

根据本发明，采用ACT-H箔，对用较厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢制成如图2所示的端盖封接面结构和较厚的Cu-0.6wt％Zr高强度铜制成如图6所示的端盖封接面结构，分别与真空开关管陶瓷管壳95％Al₂O₃瓷进行了一步封接，也取得了良好结果，焊接浸润良好，封口氦漏率Q≤1.33×10^-8Pa.L/S。其有关参数见表1。

                             表1金属-陶瓷    端盖厚度      端盖封接面       陶瓷外壳        ACT-H箔