4J49膨胀合金（百科）

4J49是一种非常重要的精密合金材料。

简单来说，4J49是一种定膨胀合金，属于中国国标（GB）中的“柯伐（Kovar）型”合金。它的核心特性是其热膨胀系数在一定的温度范围内能与特定的硬玻璃、陶瓷（尤其是氧化铝陶瓷）实现匹配封接。

下面我们来详细了解一下它的特性和应用。

4J49是什么材料？

4J49是中国国标牌号，其对应的是国际上广为人知的柯伐（Kovar）合金。它是一种铁-镍-钴基的软磁性合金，以其可控的热膨胀系数而闻名。

名称来源：“4J”是中国国标中对“精密合金”中“膨胀合金”的代号，“49”是序列号。

国际对应牌号：

美国：ASTM F-15， Kovar

国际电工委员会：IEC FeNi29Co17

日本：JIS Cobel

德国：DIN 1.3981

主要化学成分：

镍（Ni）：约 28.5-29.5%

钴（Co）：约 16.8-17.8%

铁（Fe）：余量

还含有微量的锰（Mn）、硅（Si）、碳（C）等元素。

4J49的主要特性

匹配的封接特性（核心特性）

这是4J49最重要的特性。在20°C至450°C的温度范围内，它的平均线膨胀系数与许多硬玻璃（如DM-305、DM-308）和广泛使用的95%氧化铝陶瓷的膨胀系数非常接近。

好处：当它们被加热封接在一起然后冷却时，由于热胀冷缩的程度几乎相同，在封接界面产生的热应力非常小，从而避免了玻璃或陶瓷的开裂，确保了封接件的气密性和长期可靠性。

良好的封接性能

在氢气或真空环境中高温加热时，4J49合金表面能形成一层致密且牢固附着的氧化层。这层氧化层能被熔融的玻璃良好地“润湿”，从而实现高强度、高气密性的冶金-玻璃结合。

一定的力学性能

4J49具有较高的强度和硬度，优于纯镍或纯铁。它的典型抗拉强度在517-655 MPa之间，能够为封接结构提供足够的机械支撑。

软磁性

在退火状态下，4J49具有良好的软磁性能（即高磁导率、低矫顽力）。这对于需要在磁场环境中工作或需要屏蔽磁场的电子元器件非常重要。

较低的气体渗透率

与某些金属（如铜）相比，4J49对氦气等气体的渗透率很低，这对于维持高真空环境（如真空管、航空航天器件）至关重要。

应用领域

得益于上述特性，4J49主要应用于需要实现金属与绝缘材料（玻璃、陶瓷）之间高可靠性、高气密封接的领域：

电真空器件：微波管（磁控管、行波管）、功率发射管、真空电容器、真空继电器等。

微电子与半导体封装：

晶体管和集成电路：作为外壳或引线框架，特别是需要陶瓷封装的军用、航空航天及高可靠性产品。

激光器：用于封装激光二极管。

光电子器件：如光电模块的封装。

航空航天：用于各种传感器、连接器和密封组件的封装。

加工与处理注意事项

热处理：为了获得最佳的封接性能和一致的膨胀系数，4J49在封接前通常需要在氢气或真空中进行高温退火处理，以消除加工应力并使晶粒结构均匀化。

表面处理：为了促进封接时形成理想的氧化层，零件在封接前需要进行严格的清洗和预氧化处理。

加工硬化：4J49在冷加工（如冲压、弯曲）后会变硬，需要进行中间退火以恢复其可加工性。

总结

4J49（柯伐合金）是一种专为实现金属与玻璃/陶瓷之间“无缝”热膨胀匹配而设计的精密合金。 它的存在是现代电真空技术、高端微电子和光电子封装得以发展的基石之一，确保了这些精密器件在剧烈温度变化下的结构完整性、气密性和长期稳定性。

如果您有具体的应用场景，了解其详细的工艺参数（如热处理制度、封接工艺）至关重要。