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2018.08.10

기술자료-봉착에 적당한 금속과 유리

적당한 봉착금속은 하기의 모든 조건을 가지고 있어야 하는데 실제상 그러한 조건을 충분히 만족하는 금속은 존재하지 않는다.

따라서 봉착용 유리와 금속과의 적당한 종류의 결합에 의하여 상호 결점을 보강하지 않으면 안된다.

1)금속의 융점이 유리의 작업온도보다 높아야 하고

2)희망하는 특정의 팽창계수를 가지고 있어야하며

3)보통의 유연성을 가지고 흠과 Crack 등의 결함이 없는 물건으로 선 또는 Strip으로 용이하게 가공되어야 하며

4)유리의 서냉온도 이하의 팽창계수가 유리와 일치하여야 한다.

5)봉착가공의 온도범위 또는 사용 시 온도 전역에 금속자체의 전이가 일어나지 않아야 하고

6)봉착 작업중에 생기는 산화피막이 금속 또는 유리에 잘 용착해야하고

7)대전류를 통할 필요가 있을 경우에는 그 금속을 전기 또는 열의 전도도가 충분히 커야만 한다. 그렇지 않으면 Seal 열의 발생 시 유리에 큰 Strain을 발생할 우려가 있다.

8) 타 금속과의 용접 또는 Brazing 이 용이하게 행하여져야 한다.

봉착용 금속은 저팽창성의 경질유리(Hard-Glass) 와 고팽창성의 연질유리(Soft-Glass)용으로 대별할 수 있다. 실제 사용되는 각종의 봉착금속은 중요한 특징을 가지고 있어야 한다. 경질유리용으로 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)은 융점이 아주 높고 팽창계수가 경질유리와 잘 합치되는 이점을 가지고 있는데 공기중에서 산화가 잘 일어나고, 공기중의 가공온도가 낮고 성형가공이 곤란하다.

그 대용품으로 Fernico, Kovar 등의 합금이 발명되었다. 연질유리용에는 물리적으로나 화학적으로 백금이 최고로 좋은데 고가이므로 타 금속으로 많이 대용하고 있다.

동은 유연성이 크고 비저항이 적은점이 있으나 팽창계수가 크고 산화가 잘되는 결점이 있는데 가공에는 용이하다. 동의 장점을 유지하기 위하여 그 결점을 보완한 봉착재료에는 Dumet 가 있다. 이것은 43%Ni-Fe 합금을 심선으로 하고 그 외부에 동을 피복한 침봉으로 되어 있다.

이러한 구조일때 선팽창계수가 종방향과 반경방향이 각각 다르다. Dumet 선은 보통의 전구밸브 수신용 진공관등 특히 대전류를 통하지않는 경우에 많이 이용하고 있다. 봉착용 유리에는 하기의 각종 봉착금속에 대한 적합한 성질을 가지고 있는 유리가 개발되고 있다.

저 팽창용에는 주로 B2o3 (10~25%) 에 소량의 Al2o3를 함유한 저알칼리 붕규산 유리 ( Hard Glass ) 가 있고 팽창용에는 PbO를 30%전후, 알칼리를 10~15% 함유한 연규산 유리(Soft Glass) 가 있다.

Tungsten용에는 아주 저팽창으로 팽창률(α)이 3~4×10-6 , Kovar, Fernico, Mo 용에는 α=4~5×10-6 고팽창성의 연유리에는 α=9~10×10-6 의 팽창을 가진 Fe 또는 Fe+Ni 합금등의 금속과의 봉착에 적합하다.