Τι είναι τα μεταλλικά κεραμικά;

2025 11/01

Με τη συνεχιζόμενη πρόοδο της προηγμένης κεραμικής, ιδιαίτερα της ηλεκτρονικής κεραμικής, η σχέση μεταξύ κεραμικών και μετάλλων έχει γίνει ένα επίκεντρο ενδιαφέροντος. Ωστόσο, οι ξεχωριστές μικροδομές των κεραμικών και μεταλλικών επιφανειών δημιουργούν προκλήσεις για άμεση συγκόλληση. Οι παραδοσιακοί στρατιώτες αποτυγχάνουν σε επαρκώς υγρές κεραμικές επιφάνειες, αποτρέποντας την αποτελεσματική προσκόλληση. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, έχουν αναπτυχθεί τεχνικές μεταλλοποίησης κεραμικών. Αυτές οι μέθοδοι περιλαμβάνουν την κατάθεση μιας σταθερής μεμβράνης μετάλλων στην κεραμική επιφάνεια, επιτρέποντας την επιτυχή συγκόλληση μεταξύ κεραμικών και μετάλλων.

Αρχή της κεραμικής μεταλλοποίησης

Η μεταλλοποίηση της κεραμικής περιλαμβάνει μια σειρά χημικών και φυσικών αντιδράσεων, συμπεριλαμβανομένης της πλαστικής ροής ουσιών και της αναδιάταξης των σωματιδίων. Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης, διάφορες ουσίες στο στρώμα μεταλλοποίησης, όπως οξείδια και μη μεταλλικά οξείδια, υφίστανται χημικές αντιδράσεις και διάχυση. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, αυτές οι ουσίες σχηματίζουν ενδιάμεσες ενώσεις, οι οποίες φθάνουν σε ένα κοινό σημείο τήξης για να δημιουργήσουν μια υγρή φάση. Η φάση του ιξώδους υγρού υαλώδους υφίσταται πλαστική ροή και τα σωματίδια αναδιατάνονται υπό τριχοειδή δράση. Η επιφανειακή ενέργεια οδηγεί στην ατομική ή μοριακή διάχυση, στην προαγωγή της ανάπτυξης των κόκκων και στη μείωση του πορώδους, επιτυγχάνοντας τελικά την πυκνότητα του στρώματος μεταλλοποίησης.

Ταξινόμηση διαδικασιών της μεταλλοποιημένης κεραμικής

Αυτή η συζήτηση επικεντρώνεται στις τεχνικές μεταλλοποίησης για προηγμένα κεραμικά συστατικά, εξαιρουμένων των κεραμικών υποστρωμάτων.

Μέθοδος καμένου αργύρου (διείσδυση αργύρου)

Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει τη διείσδυση ενός στρώματος μεταλλικού αργύρου στην κεραμική επιφάνεια. Η εξαιρετική αγωγιμότητα και η ανθεκτικότητα στην οξείδωση του Silver επιτρέπουν την άμεση συγκόλληση των μετάλλων στο ασημένιο στρώμα. Ωστόσο, το ασήμι είναι επιρρεπές σε διάχυση στο μέσο υπό υψηλές θερμοκρασίες, υγρασία και ηλεκτρικά πεδία DC, καθιστώντας το ακατάλληλο για περιβάλλοντα με αυστηρές απαιτήσεις ηλεκτρικής απόδοσης.

Ροή διαδικασίας:

Προ-θεραπεία: Τα κεραμικά καθαρίζονται σε σαπουνόνερο στους 70-80 ° C, ξεπλύθηκαν και αποξηραίνονται στους 100-110 ° C. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί υπερηχητικός καθαρισμός.

Προετοιμασία πάστα από ασήμι: Οι πρώτες ύλες που περιέχουν ασήμι, η ροή και το συνδετικό υλικό αναμειγνύονται σε ένα μύλο μπάλας Corundum για 70-90 ώρες για να επιτευχθεί ομοιομορφία και λεπτότητα.

Επικάλυψη: Η ασημένια πάστα εφαρμόζεται με μη αυτόματο τρόπο, μηχανικά, μέσω επικάλυψης εμβάπτισης, ψεκασμού ή εκτύπωσης οθόνης. Μπορούν να προστεθούν διαλύτες όπως η τερεβινθίνη για να ρυθμίσουν το ιξώδες.

Ξήρανση και πυροσυσσωμάτωση: Το ασημένιο στρώμα ξηραίνεται στους 60 ° C για να αποφευχθεί η κλιμάκωση και στη συνέχεια να συσσωρεύεται σε ηλεκτρικό κλιβάνιο τύπου κουτιού ή κλιβάνου σήραγγας.

Process-flow-of-the-ceramic-silvered-method-1

Μέθοδος με φρυγανισμένο μεταλλικό σκόνη

Αυτή η τεχνική περιλαμβάνει την πυροσυσσωμάτωση της μεταλλικής σκόνης στην κεραμική επιφάνεια κάτω από μια ατμόσφαιρα μείωσης της υψηλής θερμοκρασίας για να σχηματίσει μια μεταλλική μεμβράνη.

Βασικές εκτιμήσεις:

Το σημείο τήξης του μετάλλου που πρέπει να συγκολληθεί θα πρέπει να υπερβαίνει τη θερμοκρασία μεταλλοποίησης κατά τουλάχιστον 200 ° C.

Οι συντελεστές θερμικής διαστολής του μετάλλου και του κεραμικού πρέπει να ταιριάζουν στενά.

Επιλογή μεταλλικής σκόνης:

Τα ανθεκτικά μέταλλα (π.χ., W, MO) χρησιμοποιούνται ως πρωτεύουσα σκόνη, με μικρές ποσότητες μετάλλων με χαμηλότερα σημεία (π.χ. Fe, Mn, Ti).

Ο τύπος MO-MN υιοθετείται ευρέως λόγω της ισχυρής προσαρμοστικότητάς της.

Υποκατηγορίες:

Μέθοδος MO-MN προστιθέμενης ενεργοποίησης: Οι ενεργοποιητές (π.χ. σκόνη μεταλλεύματος, σκόνη πορσελάνης) μειώνουν τη θερμοκρασία μεταλλοποίησης και ενισχύουν την αντοχή συγκόλλησης.

Μεταλλοποίηση χαμηλής θερμοκρασίας: Υποκατεστημένα οξείδια ή άλατα μολυβδαινίου και μαγγανίου (π.χ. MOO₃, MNO₂) για μεταλλικές σκόνες, μειώνοντας τις θερμοκρασίες μεταλλοποίησης κάτω από 1200 ° C. Αυτή η μέθοδος είναι βολική για την επικάλυψη βαθιών ή μικρών οπών, αλλά πάσχει από υψηλά ποσοστά μετανάστευσης του στρώματος μεταλλοποίησης.

Ενεργή μέθοδος συγκόλλησης μετάλλων

Αναπτύχθηκε αργότερα από τη μέθοδο MO-MN, αυτή η τεχνική απαιτεί λιγότερα βήματα, ολοκληρώνοντας τη σφράγιση κεραμικών μετάλλων σε μία μόνο διαδικασία θέρμανσης. Τα κράματα συγκόλλησης που περιέχουν ενεργά στοιχεία (π.χ., Ti, Zr, Hf, Ta) αντιδρούν με το al₂o₃ για να σχηματίσουν ένα μεταλλικό στρώμα αντίδρασης στη διεπαφή. Ενώ είναι οικονομικά αποδοτικό και προσαρμόσιμο στην παραγωγή μεγάλης κλίμακας, το περιορισμένο φάσμα ενεργών υλικών συγκόλλησης περιορίζει την εφαρμογή της σε μεγάλη παραγωγή, μονής έκδοσης ή μικρής παρτίδας.

Μέθοδος συγκόλλησης οξειδίου

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί μικτά οξείδια (π.χ., CaO, MgO, SRO, Bao με Sio₂, B₂o₃, Al₂o₃) ως συγκόλληση για σφράγιση κεραμικών μετάλλων. Τα οξείδια λιωθούν, σβήστηκαν και αλέθονται σε λεπτή σκόνη. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται συνήθως για τη σφράγιση υψηλής αλουμίνας ή διαφανής κεραμικά αλουμίνας σε μέταλλα όπως W, MO, TA και NB.

Σφράγιση πίεσης

Σε θερμοκρασία δωματίου, εφαρμόζεται μηχανική πίεση για να δεσμεύσει αυστηρά τα κεραμικά και τα μέταλλα. Αυτή η μέθοδος αξιοποιεί την υψηλή αντοχή σε συμπιεστική κεραμική και την ελαστική παραμόρφωση των μετάλλων. Μια μικρή πλάγια γωνία (7 ° -10 °) αλεσθεί πάνω στην άκρη του κεραμικού δακτυλίου και ο κεραμικός δακτύλιος (ελαφρώς μικρότερος σε εσωτερική διάμετρο από την εξωτερική διάμετρο του μεταλλικού δακτυλίου) πιέζεται πάνω στο μέταλλο. Ο μεταλλικός δακτύλιος επεκτείνεται ελαστικά, σφίγγοντας σφιχτά στον κεραμικό δακτύλιο για να σχηματίσει μια σφράγιση πίεσης με πιέσεις μέχρι 600 MPa.

Εφαρμογές: Αυτή η διαδικασία είναι κατάλληλη για μεγάλα τμήματα σφράγισης χαμηλού όγκου, συνήθως πορσελάνη υψηλής αλουμίνης. Το μέταλλο που χρησιμοποιείται πρέπει να έχει υψηλή αντοχή, ελαστικότητα, συντελεστή θερμικής διαστολής παρόμοιο με την κεραμική και καλή αντοχή στην κόπωση. Η επένδυση μαλακών μεταλλικών (π.χ. ασήμι, χαλκός ή χρυσός) στην επιφάνεια στεγανοποίησης μετάλλων διευκολύνει την ολίσθηση κατά τη διάρκεια της σφράγισης και εξασφαλίζει αεροστεγές.

Μετρήστε τη μέθοδο ψεκασμού

Διεξάγεται σε ένα σύστημα κενού, το ψεκασμό περιλαμβάνει διεργασίες διάσπασης δύο διαχωριστικών, τεσσάρων διαμερισμάτων ή υψηλής συχνότητας. Σε δύο διαχωρισμούς, το σύστημα αντλείται σε υψηλό κενό (10 ° PA), γεμάτο με αργόν (1-10 ⁻ PA) και το κεραμικό τμήμα τοποθετείται κοντά στον στόχο ψεκασμού. Μια αρνητική υψηλή τάση (1-7 kV) ιονίζει το αργό και τα θετικά ιόντα βομβαρδίζουν την επιφάνεια -στόχο, ψεκάζοντας μέταλλο πάνω στο κεραμικό για να σχηματίσει ένα λεπτό μεταλλικό φιλμ.

Διαμόρφωση στόχου: Δύο ή τρία διαφορετικά μέταλλα τοποθετούνται σε περιστρεφόμενο ράφι. Μετά την εκτόξευση του πρώτου στρώματος (π.χ. βολφραμίου ή μολυβδαινίου, πάχους 50-500 nm), το πλαίσιο στόχου περιστρέφεται για να εκτοξεύεται ένα δεύτερο στρώμα (π.χ. χαλκός, ασήμι ή χρυσό, πάχος 1-5 μm). Η χρήση του TI για το πρώτο στρώμα αποδίδει καλύτερα αποτελέσματα.

Εφαρμογές: Το ψεκασμό είναι ιδανικό για κεραμικά που δεν μπορούν να αντέξουν σε υψηλές θερμοκρασίες (π.χ. πιεζοηλεκτρικά κεραμικά) και εξασφαλίζουν ακριβή διαστάσεων έλεγχο λόγω του λεπτού στρώματος μεταλλοποίησης.

Τεχνικές προκλήσεις της μεταλλοποιημένης κεραμικής

Αναντιστοιχία θερμικής διαστολής: Οι διαφορές στους συντελεστές θερμικής διαστολής μεταξύ κεραμικών και μετάλλων μπορούν να προκαλέσουν άγχος κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης, οδηγώντας σε ρωγμές ή καταστροφή στρώματος.

Διεπιστημονικές χημικές αντιδράσεις: Οι αντιδράσεις στη μεταλλική-κεραμική διεπαφή παράγουν οξείδια, μεταβάλλοντας τη χημική σύνθεση και τη δομή της απόδοσης διεπαφής και υποβάθμισης.

Η ανισότητα του σημείου τήξης: Η σημαντική διαφορά στα σημεία τήξης μεταξύ κεραμικών και μετάλλων περιπλέκει την πλήρη σύντηξη, με αποτέλεσμα μικροσκοπικές ρωγμές και ελαττώματα που μειώνουν τη δύναμη σφράγισης.

Υψηλό κόστος και πολυπλοκότητα: Η δαπανηρή και περίπλοκη διαδικασία κατασκευής της κεραμικής μεταλλοποίησης περιορίζει την εφαρμογή της σε ορισμένα πεδία.

Αντιμετωπίζοντας αυτές τις προκλήσεις, η κεραμική μεταλλοποίηση συνεχίζει να εξελίσσεται, επιτρέποντας αξιόπιστες συνδέσεις μεταξύ κεραμικών και μετάλλων σε προηγμένες ηλεκτρονικές και δομικές εφαρμογές.

Προηγούμενος:Γιατί η μεταλλοποίηση της κεραμικής;

Επόμενο:Τι είναι τα κεραμικά μπαρ αλουμίνα;