Kovar: Definición, propiedades, calidades y aplicaciones
Kovar, también conocida como aleación ASTM F15, es una aleación de expansión controlada que se utiliza habitualmente en juntas metálicas, tapas, marcos de plomo y bases de paquetes electrónicos para vidrio y cerámica de alta integridad.Kovar está fabricado con hierro, níquel y cobalto. La aleación está diseñada para adaptarse a las necesidades tecnológicas de la informática, las microondas, los hidruros, los semiconductores y la era espacial, lo que la convierte en un material importante para las industrias de defensa, aeroespacial y de telecomunicaciones.
Este artículo profundizará en todo lo que siempre quiso saber sobre la aleación de kovar, incluida su definición, orígenes, calidades, propiedades y aplicaciones específicas.
¿Qué es Kovar?
El kovar es una aleación de hierro-níquel-cobalto (aleación Fe-Ni-Co) con una estructura metalúrgica austenítica que suele presentar un lustre gris plateado. Las aleaciones kovar típicas contienen 53% de hierro, 29% de níquel, 17% de cobalto, menos de 0,5% de manganeso, 0,2% de silicio y menos de 0,25% de aluminio, magnesio, circonio y titanio en total.
Las aleaciones lavables también se conocen como aleaciones de expansión fija o aleaciones de estanqueidad. Son aleaciones que tienen un coeficiente relativamente constante de dilatación baja o moderada en el intervalo de temperaturas de -70 a 500 °C.
¿Cuál es el origen de Kovar?
Kovar coincide con el coeficiente de dilatación del material que se va a sellar, como el vidrio o la cerámica. El nombre "Kovar" procede de la combinación de los apellidos de sus creadores, Kovacs y Vakoma.
A principios del siglo XIX, platino se utilizó como material de sellado para sellar con vidrio blando. 1896, Francia C.E. Guillaume hizo Invar aleación (36 Ni-Fe), y luego derivado en lugar de platino 46Ni-Fe aleación de sellado, que es la primera aleación de sellado. Posteriormente, una fina capa de cobre en la superficie de la aleación mejorada, es decir, 42 Ni-Fe alambre (comúnmente conocido como Dumet Wire) utilizado como un vidrio blando no coincidente sellado cables de plomo se han utilizado hasta la década de 1970.
Con el desarrollo de la tecnología de vacío eléctrico, la aparición de alto punto de fusión, buena estabilidad térmica, menor coeficiente de expansión térmica de vidrio duro. Inicialmente, el molibdeno se utiliza para sellar con vidrio duro, debido a la molibdeno es muy duro, pobre ductilidad, y es difícil de perforar en la forma compleja de las partes.
En la década de 1930 apareció con el sellado de vidrio duro conocido como Kovar (Fe-Ni-Co) aleación, su curva de expansión y el vidrio duro coinciden muy bien, por lo que la tensión de sellado hasta un valor muy pequeño, y tiene una muy buena ductilidad, no sólo puede ser enrollado en una tira delgada, pero también se puede tirar en un alambre fino. Además, también apareció con el vidrio blando de sellado Fe-Ni-Cr sistema, Fe-Cr sistema, Fe-Ni-Cu sistema y otras aleaciones de sellado.
¿De qué está hecho el kovar?
Las aleaciones Kovar son aleaciones metálicas que contienen hierro, níquel y cobalto, normalmente unos 54% de hierro, 29% de níquel y 17% de cobalto. Su coeficiente de dilatación térmica es muy bajo. Por su coeficiente de dilatación térmica, similar al del vidrio y la cerámica, se utiliza mucho en sellado, electrónica y tecnología de vacío.
¿Cuáles son las principales características de Kovar?
El kovar es una aleación de hierro-níquel-cobalto con estructura metalográfica austenítica. A continuación se indican las principales características del Kovar:
Bajo coeficiente de expansión térmica: Kovar tiene un coeficiente de dilatación térmica muy bajo, muy próximo al de la mayoría de los materiales de vidrio. Esto significa que el Kovar mantiene su estabilidad dimensional durante los cambios de temperatura, lo que lo hace ideal para la fabricación de tubos de vacío, dispositivos semiconductores, condensadores y otros componentes electrónicos de alta precisión.
Buenas propiedades mecánicas: El kovar tiene una gran resistencia y dureza, lo que lo hace adecuado para la fabricación de instrumentos y dispositivos de alta precisión. Además, el kovar tiene buena tenacidad y resistencia a la tracción, y puede soportar grandes golpes y vibraciones.
Resistencia a la corrosión: El kovar es capaz de resistir los productos químicos comunes, especialmente en entornos de altas temperaturas, y sus propiedades oxidantes son relativamente buenas. Esto lo convierte en un material ideal para su uso en entornos resistentes a la corrosión.
Facilidad de procesamiento: El kovar es fácil de procesar y fabricar, y puede moldearse y procesarse mediante forja, laminado en caliente, laminado en frío y soldadura. Esto hace que el kovar sea muy adecuado para fabricar piezas y componentes de formas complejas.
Excelente rendimiento de revestimiento: Las superficies de kovar pueden chaparse con oro, plata, níquel, cromo y otros metales. Para mejorar la conductividad de la corriente de alta frecuencia y reducir la resistencia de contacto, suele chaparse con oro y plata. El níquel o el oro pueden chaparse para mejorar la resistencia a la corrosión del dispositivo.
¿Cuáles son los grados comunes de kovar?
4J29, K94610, 1.3981
4J29 Aleación de kovar es un material de aleación de alto rendimiento compuesto por aproximadamente 70% de hierro, 29% de níquel, 0,5-1% de cobalto y otros oligoelementos, con un coeficiente de dilatación muy estable, ampliamente utilizado en exigentes aplicaciones de alta tecnología. Idóneo para la electrónica, la industria aeroespacial y la óptica, se utiliza para fabricar paquetes electrónicos, carcasas de instrumentos y sensores, y paquetes para láseres y componentes detectores.
4J29 Procesamiento de aleaciones de expansión
Proceso de trabajo en frío
El trabajo en frío incluye etapas como el estirado y el laminado. Dado que la aleación 4J29 tiene buena ductilidad y tenacidad, es adecuada para el trabajo en frío con el fin de obtener la forma y el tamaño deseados. Tras el trabajo en frío, suele realizarse un recocido de alivio de tensiones a una temperatura controlada de 600-700°C para reducir las tensiones internas generadas durante el procesamiento y mejorar la estabilidad del material.
Proceso de tratamiento térmico
La aleación de expansión 4J29 suele someterse a un tratamiento de solución sólida y a un tratamiento de envejecimiento. La temperatura de la solución sólida se controla a 800-900°C, seguida de un enfriamiento rápido para garantizar una organización uniforme de la aleación. El tratamiento de envejecimiento se lleva a cabo mediante calentamiento a una temperatura media de 500-600°C para estabilizar la microestructura del material, mejorando así sus propiedades mecánicas.
Proceso de soldadura
Debido al bajo coeficiente de dilatación de 4J29, es fácil producir concentración de tensión térmica en el proceso de soldadura, se recomienda utilizar soldadura por arco de argón o soldadura láser, y la temperatura de soldadura debe ser estrictamente controlada a menos de 900 ℃, con el fin de evitar la organización de crecimiento excesivo de grano, que afecta a las propiedades mecánicas del material.
¿Cuáles son las principales propiedades del kovar?
Resistencia a la tracción: La resistencia a la tracción de las aleaciones Kovar es de 550-750 MPa. La resistencia a la tracción a altas temperaturas (por ejemplo, 400 °C) se reducirá, pero sigue siendo capaz de mantener una alta resistencia para cumplir los requisitos de rendimiento de los envases electrónicos en entornos de alta temperatura.
Límite elástico: El límite elástico de la aleación de Kovar es de 300-500 MPa, un mayor límite elástico hace que pueda someterse a tensiones para mantener una buena estabilidad dimensional y de forma.
Punto de fusión: Las aleaciones Kovar tienen un punto de fusión de aproximadamente 1.300°C a 1.400°C (2.372°F a 2.552°F). El alto punto de fusión de la aleación permite una buena estabilidad estructural a temperaturas elevadas, lo que la hace adecuada para su uso en paquetes electrónicos, tecnología de vacío y aplicaciones operativas a alta temperatura.
Dureza: Con una dureza de HRB 90-100, las aleaciones Kovar son moderadamente duras y tienen una buena resistencia al desgaste, lo que las hace adecuadas para su uso en entornos resistentes a la abrasión y a altas temperaturas.
Densidad: Con una densidad de 8,4 g/cm³, las aleaciones de Kovar son moderadamente densas, y su naturaleza más pesada las hace adecuadas para su uso en aplicaciones que requieren pesos de material relativamente grandes.
Propiedades electromagnéticas: Debido a la gran cantidad de níquel y cobalto, las aleaciones Kovar tienen excelentes propiedades magnéticas, especialmente adecuadas para algunos componentes y equipos magnéticos.
Soldabilidad: Las aleaciones de kovar tienen una buena soldabilidad y son especialmente adecuadas para soldar con otros metales (cobre, aluminio). Especialmente en el campo de los envases de precisión, la maniobrabilidad del proceso de soldadura lo convierte en un material ideal.
Elongación: El buen alargamiento de unos 20-30% hace que las aleaciones Kovar sean adecuadas para la soldadura y el mecanizado de precisión, al tiempo que mantienen cierto grado de ductilidad a temperaturas más altas, lo que facilita su manipulación para el tratamiento térmico.
¿Qué aplicaciones tiene el kovar?
Las aleaciones de kovar se utilizan en una amplia gama de aplicaciones de la industria y la tecnología modernas, así que veamos algunas de las aplicaciones más comunes.
Encapsulación electrónica
Dado que su coeficiente de dilatación térmica es cercano al del vidrio, las aleaciones de kovar se utilizan a menudo como material de sellado entre dispositivos electrónicos y materiales de vidrio. Por ejemplo, los tubos electrónicos, los envases al vacío y algunos sensores de gama alta se encapsulan con aleaciones de kovar.
Aeroespacial
Las aleaciones de kovar también se utilizan en una serie de vehículos aeroespacialesespecialmente para componentes que requieren una unión estrecha con otros materiales (cerámica, vidrio).
Médico
La baja dilatación y la estabilidad a altas temperaturas de las aleaciones de kovar las hacen igualmente importantes en el encapsulado de estos dispositivos. En el ámbito médico, muchos dispositivos electrónicos deben funcionar en entornos especiales, como equipos de rayos X y equipos de resonancia magnética.
Equipos ópticos
En algunos equipos ópticos, las aleaciones de kovar se utilizan para encapsular componentes ópticos con el fin de garantizar su estabilidad y estanqueidad a altas temperaturas.
Tubos de vacío
La aleación de kovar se utiliza habitualmente en las tapas de los tubos de vacío, que pueden combinarse eficazmente con el material de vidrio para garantizar la hermeticidad del entorno de vacío.
Instrumentación de alta gama
Muchos instrumentos de alta gama e instrumentos científicos utilizan la aleación de kovar para garantizar su rendimiento estable a largo plazo, especialmente en entornos extremos.
¿Cuáles son las limitaciones de Kovar?
Procesos de fabricación complejos: Las aleaciones de kovar son muy duras y quebradizas, por lo que son difíciles de mecanizar y requieren equipos y conocimientos especiales para producir piezas de alta calidad. Esta complejidad requiere una mano de obra especializada para manipular el material, lo que aumenta aún más los costes de fabricación.
Quebradizo y fácil de fracturar:La elevada dureza del kovar y, en consecuencia, su alta fragilidad, especialmente a bajas temperaturas, lo hacen potencialmente más susceptible de fracturarse o agrietarse durante el mecanizado. En aplicaciones sometidas a fuertes vibraciones o choques, es susceptible de romperse o resquebrajarse ante tensiones o impactos repentinos.
Costes elevados: La composición de la aleación Kovar contiene cobalto y níquel, que son elementos metálicos caros y, por tanto, menos atractivos para aplicaciones de producción en serie. El uso de este material puede aumentar los costes de producción, y Kovar es más caro que otras aleaciones metálicas.
Difícil de procesar: Cuando se suelda a altas temperaturas, el Kovar requiere un alto grado de mano de obra y es propenso a la distorsión o a una resistencia insuficiente de la unión soldada.
Disponibilidad limitada: La oferta de materiales de aleación de kovar es limitada, y encontrar proveedores fiables puede resultar complicado. Esta escasez dificulta el suministro continuo de aleaciones de kovar durante la producción.
Preguntas frecuentes
¿Es Kovar una cerámica?
El kovar no es una cerámica, sino una aleación. Tiene un coeficiente de dilatación térmica similar al de la cerámica.
¿Se oxida el kovar?
Sí, aunque las aleaciones de kovar tienen intrínsecamente una buena resistencia a la corrosión, en determinadas condiciones las aleaciones de kovar se oxidan. Sin embargo, las aleaciones de kóvar se oxidan lentamente y sus películas superficiales de óxido son generalmente finas y no suelen afectar significativamente a las propiedades de las aleaciones, que pueden protegerse de la oxidación mediante tratamientos superficiales o revestimientos de las aleaciones de kóvar.
¿Se oxida Kovar?
Las aleaciones de kovar son intrínsecamente menos propensas a oxidarse que el hierro puro, y los elementos de níquel y cobalto les confieren una mayor resistencia a la corrosión, haciéndolas más resistentes a la oxidación que el hierro puro o el acero de baja aleación. Sin embargo, sigue necesitando cierta protección en condiciones ambientales severas.
¿Es dúctil el kovar?
Las aleaciones de kovar presentan cierto grado de ductilidad, debido principalmente a su capacidad para ser mecanizadas en finas láminas, alambres o formas complejas que satisfacen la mayoría de las necesidades de transformación industrial.
¿Cómo mecanizar Kovar?
Mecanizado CNC es un proceso comúnmente utilizado para el mecanizado de kovar, principalmente Fresado CNC y Torneado CNC. Además, en función del proyecto, se pueden realizar trabajos de estampación, soldadura y tratamientos superficiales según sea necesario.
Resumen
En este artículo se presentan las aleaciones de kovar, se explica qué son y sus propiedades, y se analizan en profundidad las diversas aplicaciones de las aleaciones de kovar, en particular el envasado electrónico y la industria aeroespacial. Si desea más información sobre las aleaciones de kovar, póngase en contacto con DEK.
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