一、玻璃封接連接器與金屬封接連接器的特點

它們與塑料密封連接器相比，玻璃封接連接器與金屬封接連接器而成的連接器具有下列特點：
1、較好的機械強度
由于玻璃與金屬封接時，是通過玻璃液與金屬氧化層互相浸潤，形成混合化學(xué)鍵，這種化學(xué)鍵結(jié)合力遠大于塑料粘附金屬的結(jié)合力。所以用玻璃與金屬封裝的連接器具有足夠的抗拉和抗扭強度。

2、耐高溫性
玻璃是一種無機非金屬材料，它有較高的軟化點溫度，而且它在較高溫度環(huán)境中使用時不會釋放任何有害成份。而塑料不僅不耐高溫，而且在高溫環(huán)境下易揮發(fā)出有害成份。這就是有些連接器特別是一端需要完全密封并用來作工作界面的連接器（如程序控制器和毫米波同軸連接器等）不能用塑料作絕緣材料的原因。

3、良好的密封性，泄漏率可達到10－3Pa•cm3/s
此外，玻璃同一般絕緣材料一樣，具有良好的電性能參數(shù)。玻璃的絕緣電阻和介質(zhì)耐壓完全能滿足連接器的設(shè)計要求。它還具有很強的防腐蝕能力，適用于惡劣的環(huán)境。

總體上講，塑料密封連接器生產(chǎn)工藝較簡單，生產(chǎn)成本低，但它的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，雖然生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，成本較高，但它具有的一些特性是塑料密封連接器所無法替代的。

在航天科技領(lǐng)域，有許多特殊要求的連接器，用塑料密封無法滿足其性能要求，而只能采用玻璃與金屬封接，才能滿足連接器的高精度、高可靠性的要求。程控器的連接頭是一個典型的以玻璃作絕緣材料的多插針連接器，如圖1所示。下面就以它的生產(chǎn)過程為例，闡述程控器插頭生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

二、燒結(jié)夾具的選材及加工連接器接觸件對位置度和垂直度的要求均較高，其尺寸精度完全是由燒結(jié)夾具來保證的，所以選擇制備燒結(jié)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，且熔點溫度要高于燒結(jié)溫度。
2、在高溫情況下不與玻璃浸潤，也不污染玻璃。
3、材料要有足夠的機械強度，并易于機械加工。目前燒結(jié)行業(yè)普遍采用高純石墨作燒結(jié)夾具材料。

石墨毛坯的工藝制備過程對石墨質(zhì)量影響非常大。選擇購買高純石墨坯件時，石墨的體積密度和抗壓強度應(yīng)比較高。其體積密度值應(yīng)在1.65g/cm3以上，其抗壓強度應(yīng)大于40MPa。為了達到上述要求，必須嚴格要求石墨毛坯的加工。

石墨毛坯的加工是通過把高純石墨粉用樹脂作粘結(jié)劑，在特定外形的模子中用大型壓機壓制成需要的形狀，然后在煤油中浸漬，再經(jīng)高溫煅燒而成的。影響石墨坯件密度的因素主要有毛坯的大小和壓機的壓力。在壓機壓力確定后，外形尺寸越小其密度就越大。用煤焦油浸漬后燒結(jié)，是為了增加石墨粉之間的粘結(jié)強度，同時還可以提高石墨的密度和純度。石墨毛坯必須經(jīng)2次以上的浸漬，即在1次浸漬煤焦油燒結(jié)后，緊接著再浸漬煤焦油燒結(jié)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(jié)得更牢，更不易脫落，這是我們非常期望得到的結(jié)果。但每多浸1次成本會大幅度提高。所謂3高（高純度、高密度、高強度）石墨都是經(jīng)過至少2次浸漬而成的。

所以，我們在選擇用作燒結(jié)夾具的石墨材料時，最好選擇方磚大小的毛坯，至少經(jīng)過2次浸漬。因為外形尺寸太大，不但壓緊程度受限，而且浸漬效果也不好。

在加工燒結(jié)夾具時，由于石墨材料的質(zhì)地偏軟，加工時不易定位，通常用線切割機割出金屬定位模板，把石墨毛坯刨或銑成外形相應(yīng)的方塊，再把其中一面磨平，以磨平面為基準(zhǔn)面，緊貼定位模板，在鉆床上鉆孔。如果鉆通孔，可以一次鉆好；如果是鉆盲孔，先必須選比要求直徑小0.1mm～0.2mm的鉆頭（其定位模板孔也相應(yīng)偏�。�，深度鉆到比要求尺寸淺0.3mm左右，然后拆除定位模板，再用所需直徑的平底鉆頭锪孔和清根。這樣才可以保證石墨夾具的加工精度。

由于石墨在加工過程中會粘上油污且容易吸潮，所以必須經(jīng)預(yù)處理才能用于封接產(chǎn)品。首先，隨爐升溫到500℃左右且保溫半小時，去掉油污，然后在比封接溫度高10℃左右的氮氣保護氣氛中預(yù)燒20min以上即可。這樣就可避免石墨夾具在封接時給玻璃絕緣子帶來雜質(zhì)和氣體。

三、金屬材料的凈化和預(yù)氧化處理

1、金屬凈化：金屬零件加工好后要把表面油污清洗干凈，金屬零件內(nèi)部還含有氣態(tài)雜質(zhì)（CO、CO2、H2、H2O等）和固態(tài)雜質(zhì)（如碳），這些雜質(zhì)不利于玻璃與金屬的封接，必須通過金屬的凈化處理去除掉。金屬的凈化一般是通過真空凈化或者在氫氣保護下凈化，凈化溫度應(yīng)比燒結(jié)溫度高20℃～50℃。真空凈化效果比氫氣保護凈化效果好，這是因為在高溫爐中氫氣保護下的金屬表面晶粒易長大，產(chǎn)生所謂的“氫脆”現(xiàn)象。

2、金屬預(yù)氧化：玻璃與金屬封接是通過金屬表面氧化層過渡封接的。沒有氧化層，玻璃在金屬表面浸潤不好，封接效果差。所以在封接前，金屬零件表面必須預(yù)氧化。掌握好金屬預(yù)氧化程度對控制封接質(zhì)量非常關(guān)鍵。氧化層太厚，富含氧的氧化鐵增多，它在封接時容易熔入玻璃中，從而影響玻璃絕緣子的電性能；氧化層太薄，金屬表面多數(shù)是氧化亞鐵，由于玻璃液與氧化亞鐵的親和性遠不如與氧化鐵的親和性，所以會影響玻璃在金屬表面的浸潤。

要控制金屬的氧化程度，必須進行長期試驗，不斷總結(jié)最佳工藝參數(shù)、溫度、時間和氣氛含量等。另外，由于金屬在預(yù)氧化后，氧化層很容易吸潮，會導(dǎo)致氧化“失效”。因此，預(yù)氧化和燒結(jié)同時進行的觀點已逐漸被人們采納，即金屬組件不預(yù)氧化就和玻璃坯在石墨夾具上裝配好，然后在爐中的低溫段（玻璃未熔化之前）通入氧氣，氧化金屬件，緊接著在氮氣保護下升溫到封接溫度，立即封接。

四、玻璃坯制備

制取玻璃坯有兩種途徑：一種是先把玻璃熔融后拉制成內(nèi)外徑均勻的玻璃管，再把玻璃管切割成相應(yīng)的玻璃坯。用此方法制得的玻璃坯，尺寸不均勻，且難以上批量生產(chǎn)；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，再在機器中自動成型。根據(jù)成型方法不同又可分成干壓成型法和濕壓成型法。由于濕壓成型法的工序較復(fù)雜，除了加石蠟作粘結(jié)劑外，還要加油酸作脫模劑，制出的玻璃坯中粘結(jié)劑難以排盡，所以此方法很少采用。目前用得最多的是干壓成型法。干壓成型法是在玻璃粉中加入適量石蠟，在加熱情況下充分拌勻后冷卻、過篩，然后在自動制坯機上成型。此方法的操作較簡單，且石蠟容易排盡。

五、玻璃與金屬封接

目前，玻璃與金屬的封接方式有兩種：匹配封接和壓縮封接。匹配封接是選用膨脹系數(shù)比較接近的玻璃和金屬（在常溫到玻璃軟化溫度范圍內(nèi)），在高溫封接后的逐漸冷卻過程中使玻璃和金屬收縮保持一致，從而減少由于玻璃與金屬收縮差而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。壓縮封接是指選用的金屬材料的膨脹系數(shù)比玻璃膨脹系數(shù)大，在封接冷卻時由于金屬收縮比玻璃收縮大，從而使金屬對玻璃產(chǎn)生一個壓應(yīng)力（利用玻璃承受抗壓能力遠大于抗拉能力的特性），以此達到封接目的。目前的壓縮封接工藝還有待完善。封接所選取的材料和控制參數(shù)都有待進一步探討，而且采用壓縮封接存在電性能較差的致命弱點。

玻璃與金屬封接過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。必須根據(jù)整個封接過程中玻璃與金屬氧化反應(yīng)來確定燒結(jié)參數(shù)。除了要保證玻璃在固化過程中的膨脹系數(shù)與金屬膨脹系數(shù)基本保持一致外，金屬預(yù)氧化、玻璃液粘度變化、2次再結(jié)晶及冷卻時的玻璃分相現(xiàn)象都必須充分考慮。

1、玻璃與金屬的膨脹系數(shù)：玻璃與金屬的膨脹系數(shù)主要決定于材料成份。只要選定了玻璃牌號和金屬牌號，其膨脹系數(shù)也就確定了。金屬材料通常選用4J29鐵鎳鈷可伐合金（Fe54％、Ni29％和Co17％），其膨脹系數(shù)為4.7×10－6/℃。與4J29進行匹配封接的玻璃粉牌號主要有DM-305、DM- 308、DM-320等，其成份及有關(guān)性能見表1。由于它們的成份不相同,在封接時溫度和時間的參數(shù)也不相同，而且所選材料牌號不同而封接后效果也有差異。例如，在同等工藝條件下，選用DM-305玻璃粉封接后其絕緣電阻和耐壓強度都要好于DM-308玻璃粉。而DM-308玻璃粉封接后其封接結(jié)合力比 DM-305強。

2、玻璃粘度：玻璃的粘度隨著溫度變化而成數(shù)量級變化。玻璃粘度范圍可在10～1012之間變化，在此區(qū)間玻璃由液體轉(zhuǎn)變成固體。玻璃固化溫度范圍相對應(yīng)的粘度在1010～1012之間，在此區(qū)間選擇去應(yīng)力的溫度；玻璃封接溫度范圍相對應(yīng)的粘度為103～105；軟化溫度范圍相對應(yīng)的粘度為108～1010，在此溫度范圍必須防止玻璃分相。

3、2次再結(jié)晶：嚴格地講，燒結(jié)和封接的概念是有區(qū)別的，燒結(jié)是無機材料內(nèi)部固相和固相或固相和液相之間的反應(yīng)；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(jié)的粘度低，即封接的溫度高于燒結(jié)的溫度。在燒結(jié)時溫度偏高和時間太長都會引起玻璃產(chǎn)生2次再結(jié)晶。而封接溫度是燒結(jié)溫度的上限，所以更容易產(chǎn)生2次再結(jié)晶。2次再結(jié)晶，不同于一般的晶粒生長，晶粒正常生長是不存在晶核的，晶粒界面上也無應(yīng)力。2次再結(jié)晶是物相反應(yīng)中個別晶粒異常長大，晶界上有應(yīng)力存在。結(jié)果常在大晶粒內(nèi)出現(xiàn)隱裂紋，導(dǎo)致玻璃材料機械、電氣性能惡化。這是玻璃絕緣子易碎裂的主要原因。所以在玻璃與金屬封接時，在保證封接充分完成的前提下，應(yīng)盡量縮短封接時間。

4、玻璃分相：玻璃在冷卻過程中還容易產(chǎn)生分相現(xiàn)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度范圍內(nèi)，有可能分成兩種或更多種互相獨立的單獨相。例如DM-308玻璃在軟化溫度附近極易分成彼此獨立的富含SiO2、富含B2O3、富含Al2O3、富含R2O等獨立相。而這些彼此獨立的相完全改變了玻璃的本身特性，電性能和化學(xué)穩(wěn)定性都會相應(yīng)下降。怎樣才能防止玻璃分相呢？玻璃分相的原因是由于玻璃冷卻過程中晶粒為了保持最穩(wěn)定的狀態(tài)（自由焓最�。┒�同相互相結(jié)合。這種分相現(xiàn)象與持續(xù)時間成正比。為了避免分相現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須選擇在容易分相的溫度區(qū)域內(nèi)快速冷卻，使玻璃快速越過此溫度界線，處于一種亞穩(wěn)狀態(tài)。這就很好地保證了玻璃各向同性和亞穩(wěn)性的特點。

但玻璃急冷到退火溫度范圍時，就必須緩慢冷卻，只有在退火溫度范圍內(nèi)保持充分時間，才能最大程度地消除玻璃與金屬封接界面和玻璃體內(nèi)部的應(yīng)力。

     綜上所述只要選定恰當(dāng)?shù)牟牧希�根�?jù)上述原則制定出合理的燒結(jié)工藝參數(shù)，就可以保證玻璃與金屬的封接質(zhì)量。從而達到客戶的需求。