고급 세라믹, 특히 전자 세라믹의 발전으로 인해 세라믹과 금속 사이의 연결은 관심의 초점이되었습니다. 그러나 세라믹 및 금속 표면의 뚜렷한 미세 구조는 직접 결합에 대한 도전을 제기합니다. 전통적인 군인은 적절하게 젖은 세라믹 표면에 실패하여 효과적인 접착력을 방지합니다. 이를 해결하기 위해 세라믹 금속화 기술이 개발되었습니다. 이러한 방법은 세라믹 표면에 단단히 부착 된 금속 필름을 퇴적하여 세라믹과 금속 사이의 성공적인 용접을 가능하게합니다.
세라믹 금속 화의 원리
세라믹 금속 화에는 물질의 소성 흐름 및 입자 재 배열을 포함한 일련의 화학적 및 물리 반응이 포함됩니다. 소결 동안, 산화물 및 비금속 산화물과 같은 금속 화 층의 다양한 물질은 화학 반응 및 확산을 겪습니다. 온도가 증가함에 따라, 이들 물질은 중간 화합물을 형성하여 공통 융점에 도달하여 액체상을 생성한다. 점성 액체 유리상은 소성 흐름을 겪고 모세관 작용 하에서 입자가 재 배열됩니다. 표면 에너지는 원자 또는 분자 확산을 유발하여 입자 성장을 촉진하고 다공성을 감소시켜 궁극적으로 금속 화 층의 밀도를 달성합니다.
금속 세라믹의 프로세스 분류
이 논의는 세라믹 기판을 제외하고 고급 세라믹 성분을위한 금속 화 기술에 중점을 둡니다.
번트 실버 방법 (은 침투)
이 방법은 세라믹 표면에 금속은 층에 침투하는 것을 포함한다. 실버의 우수한 전도도와 산화 저항은은 층에 금속을 직접 용접 할 수 있습니다. 그러나은은 고온, 습도 및 DC 전기장 하에서 배지로 확산되기 쉽기 때문에 엄격한 전기 성능 요구 사항이있는 환경에 적합하지 않습니다.
프로세스 흐름 :
전처리 : 세라믹은 70-80 ° C에서 비눗물로 청소하고 헹굼 및 100-110 ° C에서 건조됩니다. 초음파 청소도 사용될 수 있습니다.
은 페이스트 준비 :은 함유 원료, 플럭스 및 바인더는 균일 성과 미세를 달성하기 위해 Corundum Ball Mill에서 70-90 시간 동안 혼합됩니다.
코팅 :은 페이스트는 딥 코팅, 스프레이 또는 스크린 인쇄를 통해 기계적으로 수동으로 적용됩니다. 폭대와 같은 용매가 첨가되어 점도를 조정할 수 있습니다.
건조 및 소결 :은 층을 60 ℃에서 건조하여 스케일링을 방지 한 다음 박스형 전기 용광로 또는 터널 가마에서 소결된다.
소결 금속 분말 방법
이 기술은 고온 환원 분위기 하에서 세라믹 표면에 금속 분말을 소결하여 금속 필름을 형성하는 것을 포함한다.
주요 고려 사항 :
용접 될 금속의 용융점은 금속 화 온도를 최소 200 ℃를 초과해야한다.
금속 및 세라믹의 열 팽창 계수는 밀접하게 일치해야합니다.
금속 파우더 선택 :
불응 성 금속 (예 : W, MO)은 1 차 분말로 사용되며 소량의 저하점 금속 (예 : Fe, Mn, Ti)이 첨가된다.
MO-MN 공식은 강한 적응성으로 인해 널리 채택됩니다.
하위 범주 :
활성제-조정 MO-MN 방법 : 활성화 제 (예 : 광석 분말, 도자기 분말)는 금속 화 온도를 낮추고 결합 강도를 향상시킨다.
저온 금속 화 : 금속 분말로 몰리브덴 및 망간 산화물 또는 소금 (예 : moo₃, mno₂)을 대체하여 금속 화 온도를 1200 ° C 미만으로 감소시킵니다. 이 방법은 깊거나 작은 구멍을 코팅하는 데 편리하지만 금속 화 층의 높은 이동 속도로 고통받습니다.
활성 금속 브레이징 방법
MO-MN 방법보다 나중에 개발 된이 기술은 단일 가열 공정에서 세라믹-금속 밀봉을 완료하여 더 적은 단계가 필요합니다. 활성 요소 (예 : TI, Zr, HF, TA)를 함유하는 브레이징 합금은 allool과 반응하여 계면에서 금속 반응 층을 형성합니다. 비용 효율적이고 대규모 생산에 적응할 수 있지만 제한된 범위의 활성 브레이징 재료는 적용을 대규모 단일 조각 또는 소규모 배치 생산으로 제한합니다.
산화 솔더 방법
이 방법은 세라믹-금속 밀봉을위한 솔더로서 혼합 산화물 (예 : Cao, Mgo, Sro, Sio₂, B₂O₃, Allool)을 사용합니다. 산화물이 녹아서 담금질되며, 미세 분말로 분쇄됩니다. 이 기술은 일반적으로 고 알루미나 또는 투명 알루미나 세라믹을 W, MO, TA 및 NB와 같은 금속에 밀봉하는 데 일반적으로 사용됩니다.
압력 밀봉
실온에서, 기계적 압력은 단단히 결합 세라믹 및 금속에 적용됩니다. 이 방법은 세라믹의 높은 압축 강도와 금속의 탄성 변형을 활용합니다. 작은 비스듬한 각도 (7 ° –10 °)가 세라믹 링 끝면에 접지되고 세라믹 링 (금속 고리의 외경보다 내 직경이 약간 작음)을 금속에 눌렀습니다. 금속 고리는 탄력적으로 확장되어 세라믹 링에 단단히 고정되어 최대 600 MPa의 압력으로 압력 씰을 형성합니다.
응용 분야 :이 프로세스는 대형 저용량의 밀봉 부품, 일반적으로 고 알루미나 도자기에 적합합니다. 사용 된 금속은 높은 강도, 탄성, 세라믹과 유사한 열 팽창 계수 및 우수한 피로 저항을 가져야합니다. 금속 밀봉 표면의 부드러운 금속 도금 (예 :은, 구리 또는 금)은 밀봉 중에 미끄러짐을 촉진하고 밀폐를 보장합니다.
스퍼터링 방법 금속 화
진공 시스템에서 수행 된 스퍼터링에는 2 스퍼터링, 4 스퍼터링 또는 고주파 스퍼터링 공정이 포함됩니다. 2 스퍼터링에서, 시스템은 아르곤 (1-10 ¹ PA)으로 채워진 높은 진공 (10 ℃ PA)으로 펌핑되며 세라믹 부분은 스퍼터링 대상 근처에 배치된다. 음의 고전압 (1-7 kV)은 아르곤을 이온화하고, 양의 이온이 표면 표면을 폭격하여 세라믹에 금속을 스퍼터링하여 얇은 금속 필름을 형성합니다.
대상 구성 : 회전식 선반에 2 ~ 3 개의 다른 금속이 장착됩니다. 첫 번째 층 (예 : 텅스텐 또는 몰리브덴, 50-500 nm 두께)을 스퍼터링 한 후, 대상 프레임은 회전하여 두 번째 층 (예 : 구리,은 또는 금, 1-5 µm 두께)을 스퍼터링합니다. 첫 번째 레이어에 TI를 사용하면 더 나은 결과가 나옵니다.
응용 분야 : 스퍼터링은 고온 (예 : 압전 세라믹)을 견딜 수없는 세라믹에 이상적이며 얇은 금속 화 층으로 인해 정밀한 치수 제어를 보장합니다.
금속 세라믹의 기술적 과제
열 팽창 불일치 : 세라믹과 금속 사이의 열 팽창 계수의 차이는 소결시 스트레스를 유발하여 균열 또는 층 파괴를 초래할 수 있습니다.
계면 화학 반응 : 금속-세라믹 계면에서의 반응은 산화물을 생성하여 계면의 화학적 조성 및 구조를 변경하고 성능 저하 된 성능을 변경합니다.
융점 불일치 : 세라믹과 금속 사이의 융점의 유의미한 차이는 완전한 융합을 복잡하게하여 밀봉 강도를 줄이는 작은 균열과 결함을 초래합니다.
높은 비용과 복잡성 : 세라믹 금속 화의 비싸고 복잡한 제조 공정은 특정 분야에서의 적용을 제한합니다.
이러한 과제를 해결함으로써 세라믹 금속화는 계속 발전하여 고급 전자 및 구조적 응용 분야에서 세라믹과 금속 사이의 안정적인 연결을 가능하게합니다.
