虽然传统的玻璃-金属密封（GTMS）连接器方法作为有效的密封屏障和电绝缘体，适用于广泛的医疗、汽车、航空航天、军事和低压地球物理应用，但过去三十年来开发的先进热塑性塑料已被证明是最极端的操作环境的卓越解决方案。

在PAEK（聚芳醚酮）热塑性塑料类别中，一套不断发展的新PEEK（聚醚醚酮）和PEK（聚醚酮）化合物提供了最苛刻的电气连接器应用所需的热稳定性、机械强度、低磨损、耐化学性、耐绝缘性和引脚密度，包括飞机发动机和HPHT（高压、高温）石油和天然气钻探作业。

玻璃密封

自17世纪以来，玻璃-金属密封提供了气密性屏障，并被发展为提供气密性密封和电绝缘的组合。在玻璃-金属密封连接器内，玻璃被熔化以包裹金属针脚和封装，在外壳和针脚之间提供导电绝缘。在金属部件上形成一个可见的氧化层，允许玻璃流动和粘附。密封的强度受到氧化层的限制。在制造过程中还需要一个额外的步骤来去除连接器其他表面的氧化层，这有可能造成污染。

玻璃是一种良好的电绝缘体，它的导热性很低，同时还能承受高的操作压力和温度。然而，当在极端的操作参数下进行测试时，玻璃-金属密封的局限性就会显现出来。这些限制有两个方面。

• 玻璃的材料特性- 玻璃是刚性和脆性的，使它在高压、冲击和振动的机械应力下容易开裂，特别是与极端的热循环相结合。


• 制造工艺的限制- 熔化玻璃的难度和它在熔化时的粘度对可以使用的金属类型造成了限制。

使玻璃与金属相匹配

玻璃-金属密封件是通过高温（通常超过900℃）下的熔化过程，然后快速冷却而形成的。创造一个强大的、有弹性的密封需要匹配玻璃和金属材料之间的热膨胀系数（CTE）。CTE是指一种材料在受到温度变化时的膨胀和收缩程度。在加热和冷却过程中，两种材料的体积变化速度必须保持同步，否则就会产生热应力，因为一种材料的膨胀速度比另一种材料快。

由于玻璃固有的刚性和脆性，对任何CTE不匹配的管理都是至关重要的，以避免接头上的张力和应力导致空隙、玻璃和金属之间的分离，或玻璃结构完整性的破坏。玻璃-金属密封不仅要经受住制造过程中的熔化过程，还必须经受住实际操作条件下的成千上万次热循环。

这种对金属和玻璃的CTE匹配的要求限制了金属材料的选择。科瓦已被广泛用于玻璃-金属密封件的包装，因为其线性热膨胀系数值在20至200℃时为5.5×10-6/K，在400℃时为4.9×10-6/K，与硼硅酸盐玻璃的CTE密切相关。由镍合金和不锈钢组成的馈通针也同样被选择为必要的热物理性能。然而，这些材料在导电性方面有很大的妥协，而导电性是电连接器的主要目的。

PEEK和PEK解决了玻璃的不足之处

PEEK和PEK电连接器的推出，克服了玻璃-金属连接器的固有弱点。热塑性材料的CTE不需要与金属相匹配，从而可以优化金属贯通针的电气性能。由于没有匹配热膨胀系数的约束，导体材料可以根据应用而不是制造方法来选择。

例如，可以利用铍铜（BeCu），与铬镍铁合金和不锈钢相比，铍铜的电阻更低。更有效的传导性允许更多的电流通过，同时产生更少的热量。这意味着更可靠的电力和信号传输。

有了更高的导电性，更小的引脚直径就成为可能，从而使引脚密度大大增加，引脚图案设计更加灵活，使连接器的整体尺寸更小。与玻璃熔化工艺相比，塑料的注射成型工艺也更适合于制造非常小的零件。更轻的热塑性材料，加上更小的插针和整个连接器的尺寸，使得与GTMS连接器相比，重量大大减轻。随着在航空航天、海底和能源行业的应用，部件重量和尺寸大小对整个子系统的性能至关重要。

PEEK和玻璃的一个重要区别是内部密封的几何形状，绝缘材料包裹着每个金属针。PEEK连接器是通过注射成型工艺制造的，PEEK被包在针脚上。通过这种方法，密封圈沿着金属针的长度延伸。因此，与刚性的玻璃密封相比，这种结合更持久。玻璃密封件的内部应力或金属接触的不均匀热膨胀会导致密封表面出现裂缝，从而导致零件过早失效。PEEK的玻璃转化温度较低，在承受压力负荷或振动时可以有轻微变形。通过对金属触点的包覆，连接器可以容忍轻微的配合偏差，对安装过程中的不当操作和机械冲击造成的损坏不那么敏感。弯曲的针脚可以重新对齐，而不需要丢弃零件。

最苛刻的应用

在对可靠性和一致性要求很高的应用中，如飞机发动机和深井钻探作业，PEEK和PEK电连接器具有几个重要的优点。

• 可靠的电源和信号传输- 与最佳金属针脚材料兼容，如铍铜


• 高温高压应用 - 高达232°C (450°F)和35,000 psi，使用专门的高级交联PEEK热塑性塑料，可高达260°C (500°F)和45,000 psi。对快速和极端的压力和温度循环具有弹性


• 化学复原力 -硫化氢、甲醇、钻井液、油井产品等。


• 机械强度--对冲击和振动有弹性而不丧失连续性


• 耐用性 -对处理不当造成的损坏不太敏感

热塑性塑料的性能优于玻璃

PEEK和PEK克服了玻璃的局限性，在最苛刻的操作条件下提供卓越的性能。热塑性塑料的材料特性克服了玻璃的刚性和脆性，对压力、冲击和振动等机械应力具有更大的弹性。热塑性连接器的制造过程允许使用低电阻的金属，以显著提高功率和信号传输性能。

工程师和研究人员继续开发创新的弹性和热塑性材料以提高可靠性和性能。除了未填充的PEEK，电连接器还有未填充的PEK，以改善热物理性能，以及填充的PEEK和PEK等级，以提高机械强度。对于极端条件，交联PEEK，如Arlon 3000XT®，可以在高达500°F的温度和45,000 psi的压力下工作，并被证明比用于石油和天然气勘探的其他材料强30%。

本文来自新的《连接器供应商》电子书，2022年用于恶劣环境的耐用互连。