Ковар 29НК или 27КХ: выбор сплава для спая со стеклом

В прецизионных сплавах для спая стекло-металл развилка выбора устроена иначе, чем в конструкционной ленте: здесь главный параметр не прочность и не коррозия, а температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР). Вакуумный ввод, корпус реле, ножка электронного прибора или гермоввод работают только тогда, когда металл и стекло расширяются согласованно во всём рабочем диапазоне температур. Рассогласование ТКЛР даже на единицы ×10⁻⁶ 1/K приводит к остаточным напряжениям в спае, микротрещинам и разгерметизации. Поэтому для снабженца выбор между 29НК и 27КХ — это выбор под конкретную марку стекла или керамики, а не «какой сплав лучше».

Оба сплава относятся к прецизионным с заданным ТКЛР и нормируются по ГОСТ 10994; лента поставляется в узких допусках по толщине и с контролируемой поверхностью под пайку и остекловывание. Разница между ними — в системе легирования и, как следствие, в форме кривой расширения: под какое стекло сплав согласован и в каком интервале температур эта согласованность сохраняется.

На практике 29НК (ковар) закрывает подавляющее большинство задач спая с боросиликатными «коваровыми» стёклами и алюмооксидной керамикой, а 27КХ рассматривают как альтернативу под иные стёкла и там, где нужно уйти от части легирующих или получить другую форму кривой ТКЛР. Ниже — сравнение под задачу спецификации.

Сравнительная таблица

ТКЛР как главный критерий приёмки

Ковар 29НК ценят за низкий и стабильный ТКЛР — около 4,7–5,2 ×10⁻⁶ 1/K в интервале 20–400 °C, что совпадает с расширением боросиликатных стёкол «коваровой» группы и алюмооксидной керамики. Важна не только средняя величина, но и форма кривой: у 29НК есть характерный перегиб вблизи точки Кюри (~435 °C), выше которой сплав теряет ферромагнетизм и его расширение меняется. Поэтому рабочий диапазон согласованного спая ограничен снизу точкой Кюри — примерно до 400–450 °C; выше согласование со стеклом нарушается.

Для снабженца это значит, что в ТЗ недостаточно указать «ковар»: нужно зафиксировать марку стекла (или его ТКЛР), с которой спай согласовывается, и предельную рабочую температуру узла. У 27КХ система легирования другая (кобальт-хромистая, без никеля), поэтому и кривая расширения иная — сплав подбирают под стёкла с отличным от «коваровой» группы ТКЛР. Прямая замена 29НК на 27КХ без пересчёта согласования со стеклом недопустима: это разные материалы под разные стёкла, а не взаимозаменяемые аналоги.

Легирование и что оно даёт

Ковар 29НК — классический железоникелькобальтовый сплав: около 29 % никеля и 17 % кобальта на железной основе. Именно это сочетание даёт низкий ТКЛР и совместимость с боросиликатным стеклом; кобальт поднимает точку Кюри и расширяет температурный диапазон согласованного спая по сравнению с чисто железоникелевыми инварными сплавами. Обратная сторона — высокая доля дефицитных никеля и кобальта в составе, что делает сплав дорогим и чувствительным к колебаниям цен на легирующие.

27КХ построен на другой основе — кобальт-хромистой без никеля. Отказ от никеля меняет и кривую расширения, и стоимость легирующих, и поведение поверхности при остекловывании: хром формирует оксидную плёнку, которая иначе смачивается стеклом. Поэтому 27КХ подбирают под свои марки стекла, а не как «дешёвый ковар». Логика привязки марки к стандарту и составу — та же, что в обзоре 12Х18Н10Т vs 08Х18Н10: совпадение по номеру не заменяет совпадения по составу и свойствам.

Магнитность и обработка

Оба сплава ферромагнитны при комнатной температуре — это нужно учитывать в узлах, чувствительных к магнитному полю; в отличие от аустенитной нержавейки, немагнитного варианта здесь нет (сравнение магнитных классов — в обзоре аустенит vs мартенсит). Лента прецизионных сплавов поставляется в узких допусках по толщине; поверхность под спай требует чистоты и контролируемого окисления, поэтому в ТЗ фиксируют состояние поставки, шероховатость и допуск на толщину, а не только марку.

Механически ковар пластичен и хорошо штампуется и гнётся в отожжённом состоянии, что важно для ножек и выводов сложной формы. Пайка и остекловывание идут по отработанным режимам с контролем окисной плёнки: пере- или недоокисление одинаково ухудшают герметичность спая.

Стандарты и импортные аналоги

Обе марки нормируются по ГОСТ 10994 (прецизионные сплавы) с указанием ТКЛР и назначения. Импортный аналог 29НК — ковар (Kovar, ASTM F15, NILO K, DIN 1.3981); для 27КХ прямого «однономерного» аналога нет — эквивалент подбирают по ТКЛР под конкретное стекло. Физика согласования расширения металла и стекла описана в материалах о коваре и спае стекло-металл; составы и назначение марок сверяются по действующим ГОСТ, а типовые характеристики прецизионных сплавов — по техническим данным профильных производителей вроде производителей прецизионных лент и полосы. Для ответственных гермовводов решает не номер марки, а карта ТКЛР под выбранное стекло и сертификат на партию.

Итого — что заказывать

• Спай с боросиликатным «коваровым» стеклом (С48–С52), гермовводы, ножки приборов, корпуса реле: 29НК по ГОСТ 10994, отожжённая лента, с указанием марки стекла и рабочей температуры до ~400–450 °C.
• Спай с алюмооксидной керамикой: 29НК — ТКЛР согласуется с Al₂O₃; фиксировать состояние поверхности под металлизацию.
• Спай со стёклами иной группы ТКЛР или задача без никеля: 27КХ по ГОСТ 10994, но только после проверки согласования кривой расширения с конкретным стеклом — не как замена ковара «по умолчанию».
• Узлы выше точки Кюри (>450 °C): ни один из сплавов не держит согласование — пересматривать конструкцию спая или марку стекла.
• Общее правило приёмки: в спецификации — марка, ГОСТ 10994, ТКЛР под стекло, состояние поставки, допуск на толщину и требования к поверхности; сверка по сертификату на партию.

Что почитать дальше

• 12Х18Н10Т vs 08Х18Н10 — та же логика «номер не равен свойствам» на примере аустенитной ленты.
• Аустенит vs мартенсит — если в узле важна немагнитность, которой у прецизионных сплавов нет.
• Как выбрать ленту под задачу — общий алгоритм от условий эксплуатации до строки в спецификации.