Dengan kemajuan keramik canggih yang sedang berlangsung, terutama keramik elektronik, hubungan antara keramik dan logam telah menjadi titik fokus yang menarik. Namun, struktur mikrosur yang berbeda dari permukaan keramik dan logam menimbulkan tantangan untuk ikatan langsung. Solder tradisional gagal membasahi permukaan keramik yang cukup, mencegah adhesi yang efektif. Untuk mengatasi hal ini, teknik metalisasi keramik telah dikembangkan. Metode -metode ini melibatkan menyimpan film logam yang menempel dengan kuat ke permukaan keramik, memungkinkan pengelasan yang berhasil antara keramik dan logam.
Prinsip metalisasi keramik
Metalisasi keramik melibatkan serangkaian reaksi kimia dan fisik, termasuk aliran plastik zat dan penataan ulang partikel. Selama sintering, berbagai zat dalam lapisan metalisasi, seperti oksida dan oksida non-logam, mengalami reaksi kimia dan difusi. Dengan meningkatnya suhu, zat -zat ini membentuk senyawa menengah, yang mencapai titik leleh yang umum untuk menciptakan fase cair. Fase kaca cair kental mengalami aliran plastik, dan partikel mengatur ulang di bawah aksi kapiler. Energi permukaan mendorong difusi atom atau molekuler, mempromosikan pertumbuhan biji -bijian dan mengurangi porositas, yang pada akhirnya mencapai kepadatan lapisan metalisasi.
Klasifikasi proses keramik logam
Diskusi ini berfokus pada teknik metalisasi untuk komponen keramik canggih, tidak termasuk substrat keramik.
Metode perak terbakar (infiltrasi perak)
Metode ini melibatkan menyusup ke lapisan perak logam ke permukaan keramik. Konduktivitas dan resistensi oksidasi Silver yang sangat baik memungkinkan pengelasan langsung logam ke lapisan perak. Namun, perak rentan terhadap difusi ke dalam medium di bawah suhu tinggi, kelembaban, dan medan listrik DC, membuatnya tidak cocok untuk lingkungan dengan persyaratan kinerja listrik yang ketat.
Aliran proses:
Pra-perawatan: Keramik dibersihkan dalam air sabun pada 70-80 ° C, dibilas, dan dikeringkan pada 100-110 ° C. Pembersihan ultrasonik juga dapat digunakan.
Persiapan pasta perak: Bahan baku yang mengandung perak, fluks, dan pengikat dicampur dalam pabrik bola corundum selama 70-90 jam untuk mencapai keseragaman dan kehalusan.
Lapisan: Pasta perak diterapkan secara manual, mekanis, melalui lapisan celup, penyemprotan, atau pencetakan layar. Pelarut seperti terpentin dapat ditambahkan untuk menyesuaikan viskositas.
Pengeringan dan Sintering: Lapisan perak dikeringkan pada 60 ° C untuk mencegah penskalaan, kemudian disinter dalam tungku listrik tipe kotak atau kiln terowongan.
Metode bubuk logam yang disinter
Teknik ini melibatkan bubuk logam sintering ke permukaan keramik di bawah atmosfer pereduksi suhu tinggi untuk membentuk film logam.
Pertimbangan utama:
Titik leleh logam yang akan dilas harus melebihi suhu metalisasi setidaknya 200 ° C.
Koefisien ekspansi termal logam dan keramik harus dicocokkan dengan erat.
Pilihan bubuk logam:
Logam refraktori (misalnya, W, MO) digunakan sebagai bubuk primer, dengan sejumlah kecil logam point-lelting (misalnya, Fe, Mn, Ti) ditambahkan.
Formula MO-MN secara luas diadopsi karena kemampuan beradaptasi yang kuat.
Subkategori:
Metode MO-MN Aktivator-Tambahan: Aktivator (misalnya, bubuk bijih, bubuk porselen) Turunkan suhu metalisasi dan meningkatkan kekuatan ikatan.
Metalisasi suhu rendah: menggantikan molibdenum dan oksida mangan atau garam (misalnya, Moo₃, MnO₂) untuk bubuk logam, mengurangi suhu metalisasi di bawah 1200 ° C. Metode ini nyaman untuk melapisi lubang dalam atau kecil tetapi menderita tingkat migrasi tinggi lapisan metalisasi.
Metode Brazing Logam Aktif
Dikembangkan lebih lambat dari metode MO-MN, teknik ini membutuhkan lebih sedikit langkah, menyelesaikan penyegelan logam keramik dalam satu proses pemanasan tunggal. Paduan brazing yang mengandung elemen aktif (misalnya Ti, Zr, HF, TA) bereaksi dengan al₂o₃ untuk membentuk lapisan reaksi logam pada antarmuka. Sementara hemat biaya dan mudah beradaptasi dengan produksi skala besar, kisaran bahan pemarah aktifnya yang terbatas membatasi penerapannya pada produksi besar, satu bagian atau batch kecil.
Metode solder oksida
Metode ini menggunakan oksida campuran (misalnya, CAO, MGO, SRO, BAO dengan SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃) sebagai solder untuk penyegelan logam keramik. Oksida meleleh, padam, dan ditumbuk menjadi bubuk halus. Teknik ini umumnya digunakan untuk menyegel keramik alumina tinggi atau transparan alumina ke logam seperti W, MO, TA, dan NB.
Penyegelan tekanan
Pada suhu kamar, tekanan mekanis diterapkan pada keramik dan logam ikatan yang rapat. Metode ini memanfaatkan kekuatan tekan keramik yang tinggi dan deformasi elastis logam. Sudut miring kecil (7 ° –10 °) ditumbuk ke permukaan ujung cincin keramik, dan cincin keramik (sedikit lebih kecil dalam diameter dalam daripada diameter luar cincin logam) ditekan ke logam. Cincin logam mengembang secara elastis, menjepit erat ke cincin keramik untuk membentuk segel tekanan dengan tekanan hingga 600 MPa.
Aplikasi: Proses ini cocok untuk bagian penyegelan besar, volume rendah, biasanya porselen alumina tinggi. Logam yang digunakan harus memiliki kekuatan tinggi, elastisitas, koefisien ekspansi termal yang mirip dengan keramik, dan resistensi kelelahan yang baik. Pelapisan logam lunak (misalnya, perak, tembaga, atau emas) pada permukaan penyegelan logam memfasilitasi geser selama penyegelan dan memastikan kedap udara.
Metode sputtering metalisasi
Dilakukan dalam sistem vakum, sputtering melibatkan proses sputtering dua sputtering, empat sputtering, atau frekuensi tinggi. Dalam dua sputtering, sistem dipompa ke vakum tinggi (10⁻⁵ PA), diisi dengan argon (1-10⁻¹ pa), dan bagian keramik ditempatkan di dekat target sputtering. Tegangan tinggi negatif (1-7 kV) mengionisasi argon, dan ion positif membombardir permukaan target, sputtering logam ke keramik untuk membentuk film logam tipis.
Konfigurasi Target: Dua atau tiga logam yang berbeda dipasang di rak yang dapat diputar. Setelah menggagalkan lapisan pertama (misalnya tungsten atau molibdenum, tebal 50-500 nm), bingkai target diputar untuk mengganggu lapisan kedua (misalnya, tembaga, perak, atau emas, tebal 1-5 μm). Menggunakan TI untuk lapisan pertama menghasilkan hasil yang lebih baik.
Aplikasi: Sputtering sangat ideal untuk keramik yang tidak dapat menahan suhu tinggi (misalnya, keramik piezoelektrik) dan memastikan kontrol dimensi yang tepat karena lapisan metalisasi tipis.
Tantangan teknis keramik logam
Ketidakcocokan Ekspansi Termal: Perbedaan koefisien ekspansi termal antara keramik dan logam dapat menyebabkan stres selama sintering, yang mengarah pada retak atau penghancuran lapisan.
Reaksi kimia antarmuka: Reaksi pada antarmuka logam-keramik menghasilkan oksida, mengubah komposisi kimia dan struktur antarmuka dan kinerja yang merendahkan.
Disparitas titik lebur: Perbedaan signifikan dalam titik lebur antara keramik dan logam mempersulit fusi lengkap, mengakibatkan retakan kecil dan cacat yang mengurangi kekuatan penyegelan.
Biaya dan kompleksitas tinggi: Proses manufaktur yang mahal dan rumit dari metalisasi keramik membatasi aplikasi di bidang tertentu.
Dengan mengatasi tantangan ini, metalisasi keramik terus berkembang, memungkinkan koneksi yang andal antara keramik dan logam dalam aplikasi elektronik dan struktural canggih.
