ग्लास-टू-मेटल सील

निर्वात संधारित्र में यूरेनियम कांच का उपयोग लीड-इन सील के रूप में किया जाता है

काँच-धात्विक सील निर्वात नलिका, विद्युत् प्रवाह नलिका, तापदीप्ति प्रकाश बल्ब, कांच संपुटित अर्धचालक डायोड, रीड स्विच, धातु केस में प्रेशर टाइट कांच विंडो, निर्वात विद्युत रोधी कांच (निर्वात कांच) और इलेक्ट्रॉनिक घटक के धातु या सिरेमिक पैकेज के निर्माण का एक बहुत ही महत्वपूर्ण तत्व है। ^[1]

यह उचित रूप से किया गया, वायुरुद्ध सील (निर्वात संकुचित, अच्छा विद्युत विद्युत्‍रोधन, विशेष प्रकाश संबंधी गुण जैसे यूवी लैंप) है। ऐसी सील प्राप्त करने के लिए, दो गुण होने चाहिए:

पिघला हुआ कांच जो कि संकुचित बंधन बनाने के लिए धातु को आर्द्रण करने में सक्षम होना चाहिए, और
कांच और धातु के ऊष्मीय विस्तार का घनिष्ठ रूप से सुमेलित किया जाना चाहिए जिससे समन्वायोजन के उदासीन होने पर सील ठोस बनी रहे।

उदाहरण के लिए कांच बल्ब सीलिंग में धातु के तार के बारे में सोचते हुए, ऊष्मीय विस्तार (सीटीई) के गुणांक अच्छी तरह से अनुयोजित नहीं होने पर धातु कांच संपर्क टूट सकता है। इस सन्दर्भ के लिए कि धातु का सीटीई कांच के सीटीई से बड़ा है, सीलिंग उदासीन होने पर टूटने की उच्च संभावना दिखाती है। तापमान कम करने से, धातु का तार कांच की तुलना में अधिक संकुचित होता है, जिससे कांच पर एक मजबूत तन्यता बल उत्पन्न होता है, जो अंत में टूट जाता है। दूसरी ओर, यदि कांच का सीटीई धातु के तार के सीटीई से बड़ा है, तो उदासीन होने पर सील कस जाएगी क्योंकि कांच पर संपीड़न बल लगाया जाता है।

व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सीलिंग और सोल्डर कांच

कुछ धातुओं और मिश्र धातुओं के लिए ऊष्मीय विस्तार डेटा

सभी आवश्यकताओं के अनुसार जिन्हें पूरा करने की आवश्यकता है और दोनों सामग्रियों के सीटीई को संरेखित करने की मजबूत आवश्यकता है, कांच -धातु सीलिंग के लिए विशेष कांच की प्रस्तुति करने वाली कुछ ही कंपनियां हैं, जैसे स्कॉट -एजी मॉर्गन एडवांस्ड मैटेरियल्स।

काँच-धात्विक संबन्ध

कांच और धातु विशुद्ध रूप से यांत्रिक तरीकों से एक साथ बंध सकते हैं, जो सामान्यतः कमजोर जोड़ देता है, या रासायनिक संपर्क से, जहां धातु की सतह पर ऑक्साइड परत कांच के साथ एक मजबूत बंधन बनाती है (कांच स्वयं लगभग 73% सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2)से बना होता है) । धातु की सतह पर धातु के आक्साइड की उपस्थिति में कांच-धातु के बीच अम्ल क्षार प्रतिक्रियाएं मुख्य कारण हैं।^{[citation needed]} कांच में सतह के आक्साइड के पूर्ण विघटन के बाद, अंतःक्रिया की आगे की प्रगति अंतरापृष्ठ पर ऑक्सीजन ऊष्मागतिक गतिविधि पर निर्भर करती है। इस सन्दर्भ के लिए कि धातु का सीटीई कांच के सीटीई से बड़ा है और ऑक्सीजन ऊष्मागतिक गतिविधि को कुछ अवगुण जैसे दरारों के माध्यम से ऑक्सीजन के आवंटन के प्रसार से बढ़ाया जा सकता है।

इसके अतिरिक्त, कांच में ऊष्मागतिक रूप से कम स्थिर घटकों को कम करना (और ऑक्सीजन आयनों को छोड़ना) अंतरापृष्ठ पर ऑक्सीजन ऊष्मागतिक गतिविधि को बढ़ा सकता है। दूसरे शब्दों में, धातु की सतह पर धातु के आक्साइड की अनुपस्थिति में रिडॉक्स प्रतिक्रियाएं कांच-धातु के बीच बातचीत का मुख्य कारण हैं।^[2]

निर्वात-टाइट सील प्राप्त करने के लिए, सील में बुलबुले नहीं होने चाहिए। बुलबुले सामान्यतः उच्च तापमान पर धातु से निकलने वाली गैसों द्वारा बनाए जाते हैं; इसलिए सीलिंग से पहले धातु को गैस से हटाना महत्वपूर्ण है, खासकर निकल और लोहे और उनकी मिश्र धातुओं के लिए। यह धातु को निर्वात में या कभी-कभी हाइड्रोजन वातावरण में या कुछ मामलों में सीलिंग प्रक्रिया के दौरान उपयोग किए जाने वाले तापमान से अधिक तापमान पर हवा में गर्म करके प्राप्त किया जाता है। धातु की सतह का ऑक्सीकरण भी गैस के विकास को कम करता है। अधिकांश विकसित गैस धातुओं में कार्बन अशुद्धियों की उपस्थिति के कारण उत्पन्न होती है; इन्हें हाइड्रोजन में गर्म करके हटाया जा सकता है।^[3]

कांच -ऑक्साइड बॉन्ड कांच -धातु से ज्यादा मजबूत होता है। ऑक्साइड धातु की सतह पर एक परत बनाता है, जिसमें ऑक्सीजन का अनुपात धातु में शून्य से बदलकर ऑक्साइड और कांच के स्टोइकोमेट्री में बदल जाता है। धातु की सतह पर धातु के आक्साइड की उपस्थिति में कांच-धातु के बीच अम्ल क्षार प्रतिक्रियाएं मुख्य कारण हैं। बहुत मोटी ऑक्साइड परत सतह पर झरझरा हो जाती है और यांत्रिक रूप से कमजोर, परतदार, बंधन शक्ति से समझौता करती है और धातु-ऑक्साइड अंतरापृष्ठ के साथ संभावित रिसाव पथ बनाती है। इसलिए ऑक्साइड परत की उचित मोटाई महत्वपूर्ण है।

ताँबा

धात्विक तांबा कांच से अच्छी तरह नहीं जुड़ता है। कॉपर (कॉपर (द्वितीय) ऑक्साइड, हालांकि, पिघले हुए कांच से आर्द्रण होता है और इसमें आंशिक रूप से घुल जाता है, जिससे एक मजबूत बंधन बनता है। कांच -ऑक्साइड बॉन्ड कांच -धातु से ज्यादा मजबूत होता है। ऑक्साइड भी अंतर्निहित धातु के लिए अच्छी तरह से बंधता है। लेकिन कॉपर (II) ऑक्साइड कमजोर जोड़ों का कारण बनता है जो रिसाव कर सकता है और इसके गठन को रोका जाना चाहिए।

तांबे को कांच से जोड़ने के लिए, सतह को ठीक से ऑक्सीकृत करने की आवश्यकता होती है। ऑक्साइड परत की सही मोटाई होनी चाहिए; बहुत कम ऑक्साइड कांच को एंकर करने के लिए पर्याप्त सामग्री प्रदान नहीं करेगा, बहुत अधिक ऑक्साइड ऑक्साइड परत को विफल कर देगा, और दोनों ही मामलों में जोड़ कमजोर और संभवतः गैर- वायुरुद्ध होगा। कांच के संबंध में सुधार करने के लिए, ऑक्साइड परत को बोरेट किया जाना चाहिए; यह उदा। गर्म भाग को बोरेक्रस के सांद्र विलयन में डुबाना और फिर निश्चित समय के लिए फिर से गर्म करना। यह उपचार इसकी सतह पर सोडियम बोरेट की एक पतली सुरक्षात्मक परत बनाकर ऑक्साइड परत को स्थिर करता है, इसलिए बाद में संभालने और जोड़ने के दौरान ऑक्साइड बहुत मोटी नहीं होती है। परत में एक समान गहरी लाल से बैंगनी चमक होनी चाहिए।^[4]^[5]बोरेटेड परत से बोरॉन ऑक्साइड कांच में फैल जाता है और इसके गलनांक को कम कर देता है। ऑक्सीकरण पिघली हुई बोरेट परत के माध्यम से ऑक्सीजन के प्रसार और कॉपर (I) ऑक्साइड बनाने से होता है, जबकि कॉपर (II) ऑक्साइड का निर्माण बाधित होता है।^[3]

कॉपर-टू-कांच सील चमकदार लाल, लगभग लाल रंग की दिखनी चाहिए; गुलाबी, शेरी और शहद रंग भी स्वीकार्य हैं। बहुत पतली ऑक्साइड परत धातु के तांबे के रंग तक हल्की दिखाई देती है, जबकि बहुत मोटी ऑक्साइड बहुत गहरी दिखाई देती है।

यदि धातु हाइड्रोजन के संपर्क में आती है तो ऑक्सीजन रहित तांबे का उपयोग किया जाना चाहिए (उदाहरण के लिए गैस से भरे नलिका में हाइड्रोजन से भरे नलिका में या लौ में संभालने के दौरान)। सामान्यतः, कॉपर में कॉपर (I) ऑक्साइड के छोटे समावेश होते हैं। हाइड्रोजन धातु के माध्यम से फैलता है और ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करता है, इसे तांबे और उपज वाले पानी में कम करता है। पानी के अणु हालांकि धातु के माध्यम से फैल नहीं सकते हैं, समावेशन के स्थान पर फंस जाते हैं, और हाइड्रोजन उत्सर्जन का कारण बनते हैं।

चूंकि कॉपर (I) ऑक्साइड कांच से अच्छी तरह बंध जाता है, इसलिए इसे प्रायः संयुक्त कांच-धातु उपकरणों के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए ऊष्मीय विस्तार बेमेल के मुआवजे के लिए तांबे की लचीलापन का उपयोग किया जा सकता है। चाकू की धार वाली सील वायर फीड थ्रू के लिए, ड्यूमेट वायर-तांबे के साथ चढ़ाया गया निकल-लौह मिश्र धातु-प्रायः उपयोग किया जाता है। हालांकि इसके ऊष्मीय विस्तार के कारण इसका अधिकतम व्यास लगभग 0.5 मिमी तक सीमित है।

कॉपर को ऑक्साइड परत के बिना कांच में सील किया जा सकता है, लेकिन परिणामी जोड़ कम मजबूत होता है।

प्लैटिनम

प्लेटिनम में कांच के समान ऊष्मीय विस्तार होता है और पिघले हुए कांच से अच्छी तरह से आर्द्रण होता है। हालांकि यह ऑक्साइड नहीं बनाता है, इसलिए इसकी बंधन शक्ति कम होती है। सील में धात्विक रंग और सीमित शक्ति होती है।

सोना

प्लेटिनम की तरह, सोना आक्साइड नहीं बनाता है जो बंधन में सहायता कर सकता है। इसलिए कांच-सोने के बंधन धात्विक रंग के और कमजोर होते हैं। सोने का उपयोग कांच-धातु की सील के लिए संभावित ही कभी किया जाता है। सोडा-लाइम कांच की विशेष रचनाएँ जो सोने के ऊष्मीय विस्तार से मिलती जुलती हैं, जिसमें टंगस्टन ट्राइऑक्साइड और लैंथेनम, एल्यूमीनियम और ज़िरकोनियम के ऑक्साइड होते हैं।^[6]

चाँदी

सिल्वर अपनी सतह पर सिल्वर ऑक्साइड की एक पतली परत बनाता है। यह परत पिघले हुए कांच में घुल जाती है और चांदी सिलिकेट बनाती है, जिससे एक मजबूत बंधन बन जाता है।^[7]

निकल

निकल धातु के रूप में या निकल (II) ऑक्साइड परत के माध्यम से कांच के साथ बंध सकता है। धातु के जोड़ में धातु का रंग और निम्न शक्ति होती है। ऑक्साइड-परत के जोड़ में हरे-ग्रे रंग की विशेषता होती है। अंतर्निहित धातु के साथ बेहतर बंधन की सुविधा के लिए निकल चढ़ाना तांबे चढ़ाना के समान ही उपयोग किया जा सकता है।^[4]

लोहा

लोहे का उपयोग संभावित ही कभी फीडथ्रू के लिए किया जाता है, लेकिन प्रायः कांच के तामचीनी के साथ लेपित होता है, जहां अंतरापृष्ठ भी कांच-धातु बंधन होता है। बंधन शक्ति भी इसकी सतह पर ऑक्साइड परत के चरित्र द्वारा नियंत्रित होती है। कांच में कोबाल्ट की उपस्थिति धातु के लोहे और कोबाल्ट ऑक्साइड के बीच एक रासायनिक प्रतिक्रिया की ओर ले जाती है, जिससे लोहे के आक्साइड को कांच में भंग कर दिया जाता है और कोबाल्ट लोहे के साथ मिल जाता है और डेन्ड्राइट (धातु) बनाता है, कांच में बढ़ जाता है और बंधन शक्ति में सुधार होता है।^[7]

लोहे को सीधे शीशे से सील नहीं किया जा सकता है, क्योंकि यह लेड ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करता है और इसे धात्विक लेड में बदल देता है। सीसा गिलास को सील करने के लिए, इसे कॉपर-प्लेटेड होना चाहिए याअन्तःस्थायी लेड-फ्री कांच का उपयोग करना होगा। अवशिष्ट कार्बन अशुद्धियों के कारण लोहा कांच में गैस के बुलबुले बनाने के लिए प्रवण होता है; इन्हें गीले हाइड्रोजन में गर्म करके हटाया जा सकता है। तांबे, निकल या क्रोमियम के साथ चढ़ाना भी सलाह दी जाती है।^[3]

क्रोमियम

क्रोमियम एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील धातु है जो कई लौह मिश्र धातुओं में उपस्थित है। क्रोमियम कांच के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, सिलिकॉन को कम कर सकता है और क्रोमियम सिलिसाइड (बहुविकल्पी) के क्रिस्टल का निर्माण कर सकता है जो कांच में बढ़ रहा है और धातु और कांच को एक साथ जोड़ रहा है, और बंधन शक्ति में सुधार कर रहा है।^[7]

पत्रिका

कोवर, एक लौह-निकल-कोबाल्ट मिश्र धातु, में बोरोसिल कांच उच्च-बोरोसिलिकेट कांच के समान कम तापीय विस्तार होता है और प्रायः कांच -धातु सील के लिए विशेष रूप से एक्स-रे नलिका या कांच लेजर में उपयोग के लिए उपयोग किया जाता है। यह निकेल (II) ऑक्साइड और कोबाल्ट (II) ऑक्साइड की मध्यवर्ती ऑक्साइड परत के माध्यम से कांच से बंध सकता है; कोबाल्ट के साथ अपचयन के कारण आयरन ऑक्साइड का अनुपात कम होता है। कॉपर को ऑक्साइड परत के बिना कांच में सील किया जा सकता है, लेकिन परिणामी जोड़ कम मजबूत होता है। बंधन शक्ति ऑक्साइड परत की मोटाई और चरित्र पर अत्यधिक निर्भर है।^[5]^[7]कोबाल्ट की उपस्थिति ऑक्साइड परत को पिघले हुए कांच में पिघलाने और घुलने में आसान बनाती है। एक ग्रे, ग्रे-नीला या ग्रे-ब्राउन रंग एक अच्छी सील का संकेत देता है। एक धात्विक रंग ऑक्साइड की कमी को इंगित करता है, जबकि काला रंग अत्यधिक ऑक्सीकृत धातु को इंगित करता है, दोनों ही मामलों में एक कमजोर जोड़ होता है।^[3]

मोलिब्डेनम

मोलिब्डेनम (IV) ऑक्साइड की मध्यवर्ती परत के माध्यम से मोलिब्डेनम कांच से बंध जाता है। इसके कम तापीय विस्तार गुणांक के कारण, कांच से समानता रखता मोलिब्डेनम, टंगस्टन की तरह, प्रायः कांच -धातु बॉन्ड के लिए उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से एल्यूमीनियम-सिलिकेट कांच के संयोजन में। इसकी उच्च विद्युत चालकता इसे निकल-कोबाल्ट-लौह मिश्र धातुओं से बेहतर बनाती है। यह प्रकाश उद्योग द्वारा लाइटबुल और अन्य उपकरणों के लिए फीडथ्रू के रूप में पसंद किया जाता है। मोलिब्डेनम टंगस्टन की तुलना में बहुत तेजी से ऑक्सीकरण करता है और जल्दी से एक मोटी ऑक्साइड परत विकसित करता है जो अच्छी तरह से पालन नहीं करता है, इसलिए इसका ऑक्सीकरण सिर्फ पीले या नीले-हरे रंग तक ही सीमित होना चाहिए। ऑक्साइड अस्थिर है और 700 डिग्री सेल्सियस से ऊपर सफेद धुएं के रूप में वाष्पित हो जाता है; 1000 °C पर अक्रिय गैस (आर्गन) में गर्म करके अतिरिक्त ऑक्साइड को हटाया जा सकता है। मोलिब्डेनम स्ट्रिप्स का उपयोग तारों के बजाय किया जाता है जहां उच्च धाराओं (और चालक के उच्च क्रॉस-सेक्शन) की आवश्यकता होती है।^[3]

टंगस्टन

टंगस्टन (VI) ऑक्साइड की मध्यवर्ती परत के माध्यम से टंगस्टन कांच से बंध जाता है। एक उचित रूप से निर्मित बंधन में लिथियम-मुक्त चश्मे में विशेषता तांबा/नारंगी/भूरा-पीला रंग होता है; लिथियम युक्त कांच में लिथियम टंगस्टेट के गठन के कारण बंधन नीला होता है। इसके कम तापीय विस्तार गुणांक के कारण, कांच से समानता रखता है, टंगस्टन का उपयोग प्रायः कांच -धातु बॉन्ड के लिए किया जाता है। टंगस्टन बोरोसिलिकेट कांच | उच्च-बोरोसिलिकेट कांच जैसे समान ऊष्मीय विस्तार गुणांक वाले कांच के साथ संतोषजनक बॉन्ड बनाता है। धातु और कांच दोनों की सतह बिना खरोंच के चिकनी होनी चाहिए।^[5] टंगस्टन में धातुओं का सबसे कम विस्तार गुणांक और उच्चतम गलनांक होता है।

स्टेनलेस स्टील

304 स्टेनलेस स्टील क्रोमियम (III) ऑक्साइड और आयरन (III) ऑक्साइड की एक मध्यवर्ती परत के माध्यम से कांच के साथ संबन्ध बनाता है। क्रोमियम सिलिसाइड डेन्ड्राइट बनाने वाले क्रोमियम की आगे की प्रतिक्रियाएं संभव हैं। स्टील का ऊष्मीय विस्तार गुणांक हालांकि कांच से काफी अलग है; तांबे की तरह, चाकू की धार (हाउसकीपर) सील का उपयोग करके इसे कम किया जा सकता है।^[5]

ज़िरकोनियम

जिरकोनियम तार को केवल थोड़े से उपचार के साथ कांच में सील किया जा सकता है - अपघर्षक कागज के साथ रगड़ना और लौ में लघु ताप। ज़िरकोनियम का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जो रासायनिक प्रतिरोध या चुंबकत्व की कमी की मांग करते हैं।^[3]

टाइटेनियम

टाइटेनियम, जिरकोनियम की तरह, थोड़े से उपचार के साथ कुछ ग्लासों में सील किया जा सकता है।^[3]

ईण्डीयुम

इंडियम और इसकी कुछ मिश्र धातुओं को कांच, मिट्टी के पात्र और धातुओं को आर्द्रण करने और उन्हें एक साथ जोड़ने में सक्षम मिलाप के रूप में उपयोग किया जा सकता है।^[8] इंडियम का गलनांक कम होता है और यह बहुत नरम होता है; कोमलता इसे प्लास्टिक रूप से विकृत करने और ऊष्मीय विस्तार बेमेल से तनाव को अवशोषित करने की अनुमति देती है। अपने बहुत कम वाष्प दबाव के कारण, इंडियम निर्वात तकनीक में उपयोग होने वाली कांच-धातु की सील में उपयोग पाता है^[9] और क्रायोजेनिक अनुप्रयोग।^[10]

गैलियम

गैलियम 30 डिग्री सेल्सियस पर गलनांक के साथ एक नरम धातु है। यह आसानी से कांच और अधिकांश धातुओं को आर्द्रण कर देता है और सील के लिए उपयोग किया जा सकता है जिसे केवल कुछ गर्म करके इकट्ठा/विघटित किया जा सकता है। इसका उपयोग तरल सील के रूप में उच्च तापमान तक या कम तापमान पर भी किया जा सकता है जब अन्य धातुओं (जैसे गैलिनस्टन) के साथ मिश्रित किया जाता है।^[9]

पारा

पारा (तत्व) सामान्य तापमान पर एक धातु तरल है। इसका उपयोग जल्द से जल्द काँच-धात्विक सील के रूप में किया गया था और अभी भी तरल सील के लिए उपयोग में है, उदाहरण के लिए। रोटरी शाफ्ट।

पारा सील

काँच-धात्विक सील का पहला तकनीकी उपयोग इवेंजलिस्ता टोरिकेली द्वारा बैरोमीटर में खालीपन का एनकैप्सुलेशन था। तरल पारा (तत्व) कांच को आर्द्रण करता है और इस प्रकार एक निर्वात संकुचित सील प्रदान करता है। लिक्विड मरकरी का उपयोग फ्युज़्ड सिलिका बल्बों में शुरुआती मर्करी आर्क लैम्प्स की धातु की लीड को सील करने के लिए भी किया गया था।

पारा का एक कम विषैला और अधिक महंगा विकल्प गैलियम है।

निर्वात -सीलिंग रोटरी शाफ्ट के लिए पारा और गैलियम सील का उपयोग किया जा सकता है।

प्लैटिनम वायर सील

अगला कदम पतली प्लेटिनम तार का उपयोग करना था। प्लेटिनम कांच द्वारा आसानी से आर्द्रण हो जाता है और इसमें विशिष्ट सोडा लाइम गिलास सोडा-लाइम और लेड कांच के समान ऊष्मीय विस्तार का गुणांक होता है। इसकी वजह से काम करना भी आसान है।

गैर-ऑक्सीकरण और उच्च गलनांक। इस प्रकार की सील का उपयोग 19वीं शताब्दी के दौरान वैज्ञानिक उपकरणों में और शुरुआती तापदीप्ति लैंप और रेडियो ट्यूबों में भी किया गया था।

डुमेट वायर सील

1911 में फर्निको-वायर सील का आविष्कार किया गया था, सोडा-लाइम कांच सोडा-लाइम या लेड कांच के माध्यम से तांबे को सील करने की सामान्य प्रथा जो आज भी है^[when?]।

यदि तांबे को पिघले हुए कांच से आर्द्रण करने से पहले ठीक से ऑक्सीकृत किया जाता है, तो अच्छी यांत्रिक शक्ति की निर्वात टाइट सील प्राप्त की जा सकती है। तांबे के ऑक्सीकरण के बाद, इसे प्रायः बोरेक्स के घोल में डुबोया जाता है, क्योंकि तांबे को बोर करने से ज्वाला में पुन: उत्पन्न होने पर अति-ऑक्सीकरण को रोकने में मदद मिलती है। साधारण तांबे का तार प्रयोग करने योग्य नहीं है क्योंकि इसका सीटीई कांच की तुलना में बहुत अधिक है। इस प्रकार, उदासीन करने पर एक मजबूत तन्यता बल काँच-धात्विक अंतरापृष्ठ पर कार्य करता है और यह टूट जाता है।

कांच और काँच-धात्विक अंतरापृष्ठ विशेष रूप से तन्य तनाव के प्रति संवेदनशील होते हैं। ड्यूमेट-वायर एक कॉपर क्लैड वायर है (वजन के हिसाब से कॉपर का 25%) जिसमें कोर आयरन-निकल अलॉय निकल-आयरन एलॉय 42 (वजन के हिसाब से 42%) होता है।^[11] कम सीटीई वाला कोर कांच के रैखिक सीटीई से कम रेडियल सीटीई वाले तार का उत्पादन करना संभव बनाता है, जिससे काँच-धात्विक अंतरापृष्ठ कम संपीड़न तनाव में हो। तार के अक्षीय ऊष्मीय विस्तार को भी समायोजित करना संभव नहीं है। तांबे की तुलना में निकल-लौह कोर की बहुत अधिक यांत्रिक शक्ति के कारण, अक्षीय सीटीई तार कोर के समान ही है। इसलिए, एक कतरनी तनाव बनता है जो तांबे की कम तन्य शक्ति द्वारा सुरक्षित मूल्य तक सीमित होता है। यही कारण है कि ड्यूमेट केवल 0.5 मिमी से कम तार व्यास के लिए उपयोगी है।^{[clarification needed]}^{[citation needed]}

नलिका सॉकेट के माध्यम से एक विशिष्ट ड्यूमेट सील में, ड्यूमेट-वायर का एक छोटा टुकड़ा एक छोर पर निकल तार और दूसरे छोर पर तांबे के तार पर बट वेल्डिंग होता है। जब लेड कांच के बेस को दबाया जाता है तो ड्यूमेट-वायर और निकेल का एक छोटा हिस्सा और कॉपर वायर कांच में बंद हो जाते हैं। फिर ड्यूमेट-वायर के चारों ओर निकेल वायर और कांच को गैस की लौ से गर्म किया जाता है और कांच ड्यूमेट-वायर को सील कर देता है।

निकेल और कॉपर निर्वात को कांच से कसकर सील नहीं करते हैं लेकिन यांत्रिक रूप से समर्थित होते हैं। बट वेल्डिंग कोर वायर और कॉपर के बीच के अंतरापृष्ठ पर गैस-रिसाव की समस्या से भी बचाता है।

कॉपर नलिका सील

तीन प्रकार की कॉपर नलिका सील ( बेल सिस्टम तकनीकी जर्नल, 1922 से)। ए में, तांबे का किनारा कांच के संपर्क में नहीं है। बी और सी में, तांबे को तांबे के अंदर (बी) या बाहर (सी) कांच के साथ कांच के संपर्क में एक तेज चाकू की धार पर मशीनीकृत किया जाता है।

तांबे को कांच के माध्यम से सील करते समय एक मजबूत तन्यता तनाव से बचने की एक और संभावना एक ठोस तार के बजाय एक पतली दीवार वाली तांबे की नलिका का उपयोग है। यहां काँच-धात्विक अंतरापृष्ठ में एक कतरनी तनाव बनता है जो कम तन्यता तनाव के साथ संयुक्त तांबे की कम तन्यता ताकत से सीमित होता है। फिर ड्यूमेट-वायर के चारों ओर निकेल वायर और कांच को गैस की लौ से गर्म किया जाता है और कांच ड्यूमेट-वायर को सील कर देता है। ड्यूमेट-सील की तुलना में तांबे की नलिका उच्च विद्युत प्रवाह के प्रति असंवेदनशील होती है क्योंकि गर्म करने पर तन्य तनाव एक संपीड़न तनाव में परिवर्तित हो जाता है जो फिर से तांबे की तन्य शक्ति द्वारा सीमित होता है। साथ ही, कॉपर नलिका के माध्यम से एक अतिरिक्त ठोस तांबे के तार को ले जाना संभव है। बाद के संस्करण में, कॉपर नलिका के केवल एक छोटे से हिस्से में पतली दीवार होती है और कॉपर नलिका को सिरेमिक नलिका द्वारा उदासीन करने पर संकुचित होने में बाधा उत्पन्न होती है।

तांबे की नली के अंदर यदि तांबे के बड़े हिस्से को कांच में फिट किया जाना है, जैसे कि एक उच्च शक्ति रेडियो ट्रांसमीटर नलिका या एक्स-रे नलिका के वाटर कूल्ड कॉपर एनोड ऐतिहासिक रूप से हाउसकीपर नाइफ एज सील का उपयोग किया जाता है। यहाँ एक ताँबे की नली के सिरे को एक तेज चाकू की धार से मशीनीकृत किया जाता है, जिसका आविष्कार 1917 में ओ. क्रुह ने किया था। कॉपर जो एक विद्युत चालक के रूप में उपयोग किया जाता है, जरूरी नहीं कि ऑक्सीजन मुक्त हो। डब्ल्यूजी हाउसकीपर द्वारा वर्णित विधि में बाहर या अंदर तांबे की नलिका को चाकू की धार के ठीक बगल में कांच से आर्द्रण किया जाता है और कांच की नली से जोड़ा जाता है।^[12] बाद के विवरणों में चाकू की धार को कांच से कई मिलीमीटर गहरा आर्द्रण किया जाता है, जो सामान्यतः अंदर की तरफ गहरा होता है, और फिर कांच की नली से जुड़ा होता है।

यदि तांबे को कांच से सील कर दिया जाता है, तो यह एक पतली चमकदार लाल रंग पाने के लिए Cu
₂O तांबे और कांच के बीच की परत युक्त एक लाभ है। यह बोरिंग द्वारा किया जाता है। डब्ल्यूजे स्कॉट के बाद एक कॉपर प्लेटेड टंगस्टन तार को क्रोमिक एसिड में लगभग 30 एस के लिए डुबोया जाता है और फिर बहते नल के पानी में अच्छी तरह से धो लें। फिर इसे बोरेक्स के संतृप्त घोल में डुबोया जाता है और चमकदार लाल ताप तक गर्म किया जाता है। तांबे को गैस की आंच में हल्का गर्म करें और फिर इसे बोरेक्स के घोल में डुबोकर सूखने दें। बोरेटेड की सतह कॉपर गर्म होने पर काला होता है और उदासीन होने पर डार्क वाइन रेड में बदल जाता है।

तांबे और कांच के बीच एक चमकदार सील बनाना भी संभव है जहां कांच के माध्यम से तांबे की खाली सतह को देखना संभव है, लेकिन Cu
₂O युक्त परत अगर शीशा पिघला है तो यह लाल रंग की सील की तुलना में कम पालन देता है।

कॉपर कम करने वाले हाइड्रोजन वातावरण में सील बेहद कमजोर है। यदि ताँबे को हाइड्रोजन युक्त वातावरण में गर्म करना हो तो एक गैस हाइड्रोजन उत्सर्जन को रोकने के लिए ऑक्सीजन मुक्त होने की जरूरत है। कॉपर जो एक विद्युत चालक के रूप में उपयोग किया जाता है, जरूरी नहीं कि ऑक्सीजन मुक्त हो।

और के कण होते हैं Cu
₂O जो हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है जो तांबे में फैलता है H
₂O जो दूर-दूर तक फैल नहीं सकता। तांबा और इस प्रकार एम्ब्रीटलेमेंट का कारण बनता है। बोरेटेड की सतह कॉपर गर्म होने पर काला होता है और उदासीन होने पर डार्क वाइन रेड में बदल जाता है। निर्वात अनुप्रयोगों में सामान्यतः उपयोग किया जाने वाला तांबा बहुत शुद्ध ओएफएचसी (ऑक्सीजन मुक्त उच्च चालकता) का होता है।

गुणवत्ता जो दोनों से मुक्त है Cu
₂O और डीऑक्सिडाइजिंग एडिटिव्स जो निर्वात में उच्च तापमान पर वाष्पित हो सकते हैं।

कॉपर डिस्क सील

कॉपर डिस्क सील में, जैसा कि डब्ल्यूजी हाउसकीपर द्वारा प्रस्तावित किया गया है, एक कांच नलिका का अंत एक गोल तांबे की डिस्क द्वारा बंद किया जाता है। डिस्क के विपरीत दिशा में कांच का एक अतिरिक्त छल्ला डिस्क की संभावित मोटाई को 0.3 मिमी से अधिक तक बढ़ा देता है। यदि डिस्क के दोनों किनारों को एक ही प्रकार की कांच नलिका से जोड़ा जाता है और दोनों नलिका निर्वात के नीचे होती हैं, तो सर्वोत्तम यांत्रिक शक्ति प्राप्त होती है। डिस्क सील विशेष व्यावहारिक रुचि की है क्योंकि यह विशेष उपकरण या सामग्री की आवश्यकता के बिना कम विस्तार वाले बोरोसिलिकेट कांच पर सील बनाने की एक सरल विधि है। सफलता की कुंजी उचित बोरिंग है, जितना संभव हो तांबे के पिघलने बिंदु के करीब के तापमान पर जोड़ को गर्म करना और शीतलन को धीमा करना, कम से कम समन्वायोजन को कांच वूल में पैक करके, जबकि यह अभी भी लाल गर्म है।

सुमेलित सील

मैचिंग काँच-धात्विक सील्स

सुमेलित वाली सील में धातु और कांच के ऊष्मीय विस्तार का सुमेलित किया जाता है। कॉपर-प्लेटेड टंगस्टन तार का उपयोग बोरोसिलिकेट कांच के माध्यम से ऊष्मीय विस्तार के कम गुणांक के साथ सील करने के लिए किया जा सकता है जो टंगस्टन से समानता रखता है। टंगस्टन में दरारें भरने के लिए और कांच को आसानी से सील करने के लिए एक उचित सतह प्राप्त करने के लिए टंगस्टन को इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से तांबा चढ़ाया जाता है और हाइड्रोजन वातावरण में गर्म किया जाता है। सामान्य प्रयोगशाला कांच के बने बोरोसिलिकेट कांच में टंगस्टन की तुलना में ऊष्मीय विस्तार का कम गुणांक होता है, इस प्रकार तनाव मुक्त सील प्राप्त करने के लिए मध्यवर्ती सीलिंग कांच का उपयोग करना आवश्यक होता है।

कांच और आयरन-निकल-कोबाल्ट मिश्र (कोवर) के संयोजन हैं जहां ऊष्मीय विस्तार की गैर-रैखिकता का भी सुमेलित किया जाता है। इन मिश्र धातुओं को सीधे कांच में सील किया जा सकता है, लेकिन तब ऑक्सीकरण महत्वपूर्ण होता है। साथ ही, उनकी कम विद्युत चालकता एक नुकसान है। इस प्रकार, वे प्रायः सोना चढ़ाया जाता है। चांदी चढ़ाना का उपयोग करना भी संभव है, लेकिन फिर आयरन ऑक्साइड के गठन को रोकने के लिए ऑक्सीजन प्रसार बाधा के रूप में एक अतिरिक्त सोने की परत आवश्यक है।

जबकि Fe-Ni मिश्र धातुएं हैं जो कमरे के तापमान पर टंगस्टन के ऊष्मीय विस्तार से मिलती जुलती हैं, उच्च तापमान पर उनके ऊष्मीय विस्तार में बहुत अधिक वृद्धि के कारण वे कांच को सील करने के लिए उपयोगी नहीं हैं।

रीड स्विच लोहे-निकल मिश्र धातु (NiFe 52) और एक सुमेलित किए गए कांच के बीच एक समानता रखने वाली सील का उपयोग करते हैं। रीड स्विच का कांच सामान्यतः इसकी लौह सामग्री के कारण हरा होता है क्योंकि रीड स्विच की सीलिंग इन्फ्रारेड विकिरण के साथ गर्म करके की जाती है और यह कांच निकट अवरक्त में उच्च अवशोषण दिखाता है।

हाई-प्रेशर सोडियम वेपर लैंप, स्ट्रीट लाइटिंग के लिए हल्के पीले लैंप, के विद्युत कनेक्शन 1% ज़िरकोनियम के साथ मिश्रित नाइओबियम से बने होते हैं।^[13]

ऐतिहासिक रूप से, कुछ टेलीविजन कैथोड रे नलिका फ़नल के लिए फेरिक स्टील का उपयोग करके बनाए गए थे और कांच फेरिक स्टील के विस्तार में समानता रखता थे। उपयोग की गई स्टील प्लेट में एचसीएल युक्त वातावरण में क्रोमियम ऑक्साइड के साथ स्टील को गर्म करके बनाई गई सतह पर क्रोमियम से समृद्ध एक प्रसार परत थी। तांबे के विपरीत, शुद्ध लोहा सिलिकेट कांच से दृढ़ता से बंधता नहीं है। इसके अतिरिक्त, तकनीकी लोहे में कुछ कार्बन होता है जो सीओ के बुलबुले बनाता है जब इसे ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत कांच में सील कर दिया जाता है। दोनों स्टील के तकनीकी तामचीनी कोटिंग के लिए समस्याओं का एक प्रमुख स्रोत हैं और उच्च निर्वात अनुप्रयोगों के लिए लोहे और कांच के बीच सीधे सील लगाते हैं। क्रोमियम युक्त स्टील पर बनी ऑक्साइड परत निर्वात को कांच से कसकर सील कर सकती है और क्रोमियम कार्बन के साथ दृढ़ता से प्रतिक्रिया करता है। शुरुआती माइक्रोवेव ट्यूबों में सिल्वर प्लेटेड आयरन का उपयोग किया जाता था।

कॉपर या ऑस्टेनिटिक स्टील और कांच के बीच मैचिंग सील बनाना संभव है, लेकिन उस उच्च तापीय विस्तार के साथ सिलिकेट कांच विशेष रूप से नाजुक होता है और इसमें कम रासायनिक स्थायित्व होता है।

मोलिब्डेनम फॉइल सील के साथ हलोजन बल्ब

मोलिब्डेनम फॉइल सील

ऊष्मीय विस्तार के कम गुणांक वाले कांच के माध्यम से सील करने के लिए एक और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि पतली मोलिब्डेनम फॉइल के स्ट्रिप्स का उपयोग है। यह ऊष्मीय विस्तार के सुमेलित गुणांक के साथ किया जा सकता है। फिर पट्टी के किनारे भी चाकू की धार वाले होने चाहिए। यहाँ नुकसान यह है कि किनारे की नोक जो उच्च तन्यता तनाव का एक स्थानीय बिंदु है, काँच का बर्तन की दीवार के माध्यम से पहुँचती है। तांबे के विपरीत, शुद्ध लोहा सिलिकेट कांच से दृढ़ता से बंधता नहीं है। इससे कम गैस रिसाव हो सकता है। नलिका टू नलिका नाइफ एज सील में किनारे को या तो बाहर, अंदर या कांच की दीवार में दबा दिया जाता है।

दो धातु लीड्स के साथ काँच-धात्विक कम्प्रेशन सील में तनाव प्रक्षेपवक्र

संपीड़न सील

सेमी- वायुरुद्ध कंप्रेसर मल्टीपोल फीडथ्रू (कंप्रेशन काँच-धात्विक -सील

सील निर्माण की एक अन्य संभावना संपीड़न सील है। धातु के कंटेनर की दीवार के माध्यम से खिलाने के लिए इस प्रकार की काँच-धात्विक सील का उपयोग किया जा सकता है। यहां तार सामान्यतः कांच से समानता रखता है जो ऊष्मीय विस्तार के उच्च गुणांक वाले मजबूत धातु के हिस्से के बोर के अंदर होता है। संपीड़न सील अत्यधिक उच्च दबावों का सामना कर सकते हैं^{[lower-alpha 1]} और शारीरिक तनाव जैसे मैकेनिकल और ऊष्मीय शॉक।^[14]

सिल्वर क्लोराइड

सिल्वर क्लोराइड, जो कांच, धातुओं और अन्य सामग्रियों के लिए 457 सी संबन्ध पर पिघलता है और इसका उपयोग निर्वात सील के लिए किया जाता है। यहां तक कि अगर यह धातु को कांच में सील करने का एक सुविधाजनक तरीका हो सकता है, तो यह धातु की सील के लिए एक सच्चा कांच नहीं होगा, बल्कि एक गिलास से चांदी के क्लोराइड और चांदी के क्लोराइड से धातु के बंधन का संयोजन होगा; मोम या गोंद संबन्ध के लिए एक अकार्बनिक विकल्प है।

डिजाइन अवस्था

साथ ही काँच-धात्विक सील के यांत्रिक डिजाइन का सील की विश्वसनीयता पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। व्यावहारिक काँच-धात्विक सील में दरारें सामान्यतः कांच कंटेनर के अंदर या बाहर कांच और धातु के बीच अंतरापृष्ठ के किनारे से शुरू होती हैं। यदि धातु और आसपास का कांच सममित है तो दरार अक्ष से दूर एक कोण में फैलती है। इसलिए, यदि धातु के तार का कांच का लिफाफा कंटेनर की दीवार से काफी दूर तक फैला हुआ है तो दरार कंटेनर की दीवार से नहीं जाएगी बल्कि यह उसी तरफ की सतह पर पहुंच जाएगी जहां से शुरू हुई थी और सील के बावजूद रिसाव नहीं होगा दरार।

एक अन्य महत्वपूर्ण अवस्था कांच द्वारा धातु का आर्द्रण होना है। यदि धातु का ऊष्मीय विस्तार के ऊष्मीय विस्तार से अधिक है।

हाउसकीपर सील के साथ कांच की तरह, एक उच्च संपर्क कोण (खराब गीलापन) का मतलब है कि कांच की सतह में एक उच्च तन्यता तनाव है।

ऐसी सील यदि संपर्क कोण कम है सामान्यतः कांच के अंदर टूट जाती हैं और धातु पर कांच का एक पतला आवरण छोड़ देती हैं।

कांच की सतह हर जगह एक विट्रियस इनेमल कोटिंग की तरह संपीड़न तनाव के तहत होती है। साधारण सोडा-लाइम काँच ताँबे के गलनांक से नीचे के तापमान पर ताँबे पर प्रवाहित नहीं होता है और इस प्रकार, कम संपर्क कोण नहीं देता है। समाधान तांबे को एक के साथ कवर करना है।

कांच सोल्डर जिसमें कम गलनांक होता है और तांबे पर प्रवाहित होता है और फिर नरम सोडा-लाइम कांच को तांबे पर दबाने के लिए सोल्डर कांच का प्रयोग किया जाता है।

ऊष्मीय विस्तार का गुणांक होना चाहिए जो सोडा-लाइम कांच के बराबर या उससे कुछ कम हो।

चिरसम्मत रूप से उच्च सीसा युक्त चश्मे का उपयोग किया जाता है, लेकिन इन्हें मल्टी-कंपोनेंट कांच से बदलना भी संभव है और प्रणाली Li
₂O-Na
₂O-K
₂O-CaO-SiO
₂-B
₂O
₃-ZnO-TiO
₂-BaO-Al
₂O
₃.भी संभव है।

यह भी देखें

वायुरुद्ध सील

संदर्भ

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बाहरी संबंध

Glass-To-Metal Hermetic Sealing

[14] Because of the glass which is extremely strong in compression.

[1] IGMA (FGIA) TB-2600; Vacuum Insulating Glass

[2] M. Fakouri Hasanabadi; A. Nemati & A. H. Kokabi (October 2015). "ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं के लिए ऑक्सीकरण वातावरण में सील की ताकत और कांच और फेरिटिक स्टेनलेस स्टील की रासायनिक संगतता पर मध्यवर्ती निकल परत का प्रभाव". International Journal of Hydrogen Energy. 40 (46): 16434–16442. doi:10.1016/j.ijhydene.2015.10.023.

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[13] stahl und eisen 130 (2010), Vol. 2, p. 16

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[lower-alpha 1]

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Expand v t e Glass science topics
Basics	Glass Glass transition Supercooling
Formulation	AgInSbTe Bioglass Borophosphosilicate glass Borosilicate glass Ceramic glaze Chalcogenide glass Cobalt glass Cranberry glass Crown glass Flint glass Fluorosilicate glass Fused quartz GeSbTe Gold ruby glass Lead glass Milk glass Phosphosilicate glass Photochromic lens glass Silicate glass Soda–lime glass Sodium hexametaphosphate Soluble glass Tellurite glass Thoriated glass Ultra low expansion glass Uranium glass Vitreous enamel Wood's glass ZBLAN
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