Ковар қоспасы: қасиеттері және қолданылуы

Кіріспе

Ковар (CRS Holdings, Inc., Delaware компаниясының сауда белгісі) – Fernico 1 құрамымен бірдей никель-кобальт темір қорытпасы, боросиликатты шынымен шамамен бірдей жылулық кеңею сипаттамаларына ие (~5 × 10−6 /K 30 және 200 °C аралығында, ~10 × 10−6 /K 800 °C-да), бұл екі материалдың әртүрлі температураларда тығыз механикалық байланысын қамтамасыз етеді. Ол ғылыми құралдардағы шыны-металл тығыздамаларында, сондай-ақ вакуумдық түтікшелер (клапандар), рентген және микротолқынды түтікшелер, кейбір шамдар сияқты электрондық компоненттердің шыны қаптамаларына кіретін өткізгіштерде қолданылады. Ковар шамдар, вакуумдық құбырлар, катодты сәулелі құбырлар сияқты электрондық құрылғылар мен химия және басқа ғылыми зерттеулердегі вакуумдық жүйелерде қажетті сенімді шыны-металл тығыздамасын жасау үшін ойлап табылды. Көптеген металдар шынымен жабыса алмайды, себебі олардың жылулық кеңею коэффициенттері шыныдан өзгеше; дайындалғаннан кейін біріктіру салқындағанда, шыны мен металдың әртүрлі кеңею жылдамдықтарынан туындаған кернеулер біріктірудің жарылуына себеп болады. Ковар ғана шыныға ұқсас жылулық кеңеюге ие емес, сонымен қатар оның сызықты емес жылулық кеңею қисығын шынымен сәйкестіруге болады, бұл біріктірудің кең температуралық диапазонға төзуіне мүмкіндік береді. Химиялық тұрғыдан алғанда, ол шыныға никель(II) оксиді мен кобальт(II) оксидінің аралық оксид қабаты арқылы байланысады. Темір оксидінің мөлшері кобальтпен тотығуына байланысты төмен. Байланыс күші оксид қабатының қалыңдығы мен сипаттамаларына байланысты. [4][6] Кобальттың болуы оксид қабатының балқып, балқыған шыныда еріуін жеңілдетеді. Сұр, күлгін сұр немесе қоңыр сұр түс – жақсы тығыздаманың белгісі. Металл түсі оксидтің жетіспеушілігін, ал қара түс – металдың тым тотығуын көрсетеді, екеуі де нашар біріктіруге әкеледі. [2] Ковар атауы көбінесе осы ерекше жылулық кеңею қасиеттеріне ие Fe–Ni қорытпаларын білдіру үшін қолданылады. Бұған байланысты, Invar Fe–Ni қорытпасы ең төмен жылулық кеңеюді көрсетеді.

Kovar (trademark of CRS Holdings, inc., Delaware) is a nickel–cobalt ferrous alloy compositionally identical to Fernico 1, designed to have substantially the same thermal expansion characteristics as borosilicate glass (~5 × 10−6 /K between 30 and 200 °C, to ~10 × 10−6 /K at 800 °C) to allow a tight mechanical joint between the two materials over a range of temperatures. It finds application in glass to metal seals in scientific apparatus, and conductors entering glass envelopes of electronic parts such as vacuum tubes (valves), X ray and microwave tubes and some lightbulbs. Kovar was invented to meet the need for a reliable glass to metal seal, which is required in electronic devices such as light bulbs, vacuum tubes, cathode ray tubes, and in vacuum systems in chemistry and other scientific research. Most metals cannot seal to glass because their coefficient of thermal expansion is not the same as glass; as the joint cools after fabrication the stresses due to the different expansion rates of the glass and metal cause the joint to crack. Kovar not only has thermal expansion similar to glass, but its nonlinear thermal expansion curve can often be made to match a glass, thus allowing the joint to tolerate a wide temperature range. Chemically, it bonds to glass via the intermediate oxide layer of nickel(II) oxide and cobalt(II) oxide. The proportion of iron oxide is low due to its reduction with cobalt. The bond strength is highly dependent on the oxide layer thickness and character. [4][6] The presence of cobalt makes the oxide layer easier to melt and dissolve in the molten glass. A grey, grey blue or grey brown color indicates a good seal. A metallic color indicates lack of oxide, while black color indicates overly oxidized metal, in both cases leading to a weak joint. [2]

The name Kovar is often used as a general term for Fe–Ni alloys with these particular thermal expansion properties. The related particular Fe–Ni alloy Invar exhibits minimum thermal expansion.

Типтік құрамы

Салмақ бойынша пайызбен көрсетілген. Fe Ni Co C Si Mn қалдық 29% 17% < 0,01% 0,2% 0,3%

Қасиеттері

Қасиеттері ыдыспен пісірілген HIP тығыздығы g / cm3 8.0 8.35 Қаттылығы / HV1 160 150 Янг модулі / GPa 138 138 Жарылған кездегі қиманың азаюы / % 30 30 Шектеу беріктігі / МПа 270 270 Жылу өткізгіштігі / W / K·m 17 Кюри температурасы / °C 435 Электр кедергісі Ω мм2 / м 0,49 Салмақтық жылу сыйымдылығы J/g·K 0,46 Жылулық кеңею коэффициенті/10−6 K−1 (25 – 200 °C) 5,5 (25 – 300 °C) 5.1 (25 – 400 °C) 4.9 (25 – 450 °C) 5.3 (25 – 500 °C) 6.2