Dengan kemajuan seramik maju, terutamanya seramik elektronik, hubungan antara seramik dan logam telah menjadi tumpuan utama. Walau bagaimanapun, mikrostruktur yang berbeza dari permukaan seramik dan logam menimbulkan cabaran untuk ikatan langsung. Solder tradisional gagal untuk permukaan seramik yang cukup basah, mencegah lekatan yang berkesan. Untuk menangani ini, teknik metallization seramik telah dibangunkan. Kaedah ini melibatkan mendepositkan filem logam yang tegas ke permukaan seramik, membolehkan kimpalan yang berjaya antara seramik dan logam.
Prinsip metalisasi seramik
Metalisasi seramik melibatkan satu siri tindak balas kimia dan fizikal, termasuk aliran plastik bahan dan penyusunan semula zarah. Semasa sintering, pelbagai bahan dalam lapisan metallization, seperti oksida dan oksida bukan logam, menjalani tindak balas kimia dan penyebaran. Apabila suhu meningkat, bahan -bahan ini membentuk sebatian pertengahan, yang mencapai titik lebur yang sama untuk menghasilkan fasa cair. Fasa kaca cecair likat mengalami aliran plastik, dan zarah menyusun semula di bawah tindakan kapilari. Tenaga permukaan memacu penyebaran atom atau molekul, mempromosikan pertumbuhan bijirin dan mengurangkan keliangan, akhirnya mencapai kepekaan lapisan metalisasi.
Proses klasifikasi seramik metal
Perbincangan ini memberi tumpuan kepada teknik metalisasi untuk komponen seramik maju, tidak termasuk substrat seramik.
Kaedah perak terbakar (penyusupan perak)
Kaedah ini melibatkan menyusupkan lapisan perak logam ke permukaan seramik. Kekonduksian dan rintangan pengoksidaan yang sangat baik Silver membolehkan kimpalan langsung logam ke lapisan perak. Walau bagaimanapun, perak terdedah kepada penyebaran ke dalam medium di bawah suhu tinggi, kelembapan, dan medan elektrik DC, menjadikannya tidak sesuai untuk persekitaran dengan keperluan prestasi elektrik yang ketat.
Aliran proses:
Pra-rawatan: Seramik dibersihkan dalam air sabun pada 70-80 ° C, dibilas, dan dikeringkan pada 100-110 ° C. Pembersihan ultrasonik juga boleh digunakan.
Penyediaan Paste Perak: Bahan mentah yang mengandungi perak, fluks, dan pengikat bercampur dengan kilang bola korundum selama 70-90 jam untuk mencapai keseragaman dan kehalusan.
Salutan: Paste perak digunakan secara manual, secara mekanikal, melalui salutan, penyemburan, atau percetakan skrin. Pelarut seperti turpentin boleh ditambah untuk menyesuaikan kelikatan.
Pengeringan dan Sintering: Lapisan perak dikeringkan pada suhu 60 ° C untuk mengelakkan penskalaan, kemudian sintered dalam relau elektrik jenis kotak atau tanur terowong.
Kaedah serbuk logam sintered
Teknik ini melibatkan serbuk logam sintering ke permukaan seramik di bawah suasana mengurangkan suhu tinggi untuk membentuk filem logam.
Pertimbangan utama:
Titik lebur logam yang akan dikimpal harus melebihi suhu metalisasi dengan sekurang -kurangnya 200 ° C.
Koefisien pengembangan terma logam dan seramik harus dipadankan dengan teliti.
Pemilihan serbuk logam:
Logam refraktori (misalnya, W, MO) digunakan sebagai serbuk utama, dengan sedikit logam meleleh-titik rendah (misalnya, Fe, Mn, Ti) ditambah.
Formula MO-MN digunakan secara meluas kerana kesesuaiannya yang kuat.
Subkategori:
Kaedah MO-MN yang ditambah dengan pengaktif: eg, serbuk bijih, serbuk porselin) menurunkan suhu metalisasi dan meningkatkan kekuatan ikatan.
Metalization suhu rendah: pengganti molibdenum dan oksida mangan atau garam (contohnya, moo₃, mno₂) untuk serbuk logam, mengurangkan suhu metalisasi di bawah 1200 ° C. Kaedah ini mudah untuk salutan lubang dalam atau kecil tetapi mengalami kadar penghijrahan tinggi lapisan metalisasi.
Kaedah pemanasan logam aktif
Dibangunkan lebih awal daripada kaedah MO-MN, teknik ini memerlukan langkah-langkah yang lebih sedikit, menyelesaikan pengedap logam seramik dalam satu proses pemanasan. Aloi Brazing yang mengandungi unsur -unsur aktif (misalnya, Ti, Zr, HF, TA) bertindak balas dengan Al₂o₃ untuk membentuk lapisan reaksi logam di antara muka. Walaupun kos efektif dan boleh disesuaikan dengan pengeluaran berskala besar, pelbagai bahan pemanasan aktif yang terhad menyekat permohonannya kepada pengeluaran besar, satu bahagian atau kecil.
Kaedah solder oksida
Kaedah ini menggunakan oksida campuran (contohnya, Cao, Mgo, Sro, Bao dengan Sio₂, B₂o₃, Al₂o₃) sebagai pateri untuk pengedap logam seramik. Oksida cair, dipadamkan, dan menjadi serbuk halus. Teknik ini biasanya digunakan untuk menyegel alumina tinggi atau seramik alumina telus kepada logam seperti W, Mo, TA, dan NB.
Pengedap tekanan
Pada suhu bilik, tekanan mekanikal digunakan untuk seramik dan logam ikatan yang ketat. Kaedah ini memanfaatkan kekuatan mampatan seramik yang tinggi dan ubah bentuk elastik logam. Sudut serong kecil (7 ° -10 °) adalah tanah ke muka akhir cincin seramik, dan cincin seramik (sedikit lebih kecil dalam diameter dalaman daripada diameter luar cincin logam) ditekan ke logam. Cincin logam mengembang secara elastik, mengepung ketat ke cincin seramik untuk membentuk meterai tekanan dengan tekanan sehingga 600 MPa.
Aplikasi: Proses ini sesuai untuk bahagian pengedap besar, rendah, biasanya porselin alumina tinggi. Logam yang digunakan harus mempunyai kekuatan yang tinggi, keanjalan, pekali pengembangan terma yang serupa dengan seramik, dan rintangan keletihan yang baik. Penyaduran logam lembut (contohnya, perak, tembaga, atau emas) pada permukaan pengedap logam memudahkan gelongsor semasa pengedap dan memastikan kedap udara.
Metalization kaedah sputtering
Dijalankan dalam sistem vakum, sputtering melibatkan dua proses sputtering frekuensi, empat pecahan, atau frekuensi tinggi. Dalam dua pemecatan, sistem dipam ke vakum yang tinggi (10 ⁻⁵ pa), dipenuhi dengan argon (1-10⁻¹ pa), dan bahagian seramik diletakkan berhampiran sasaran sputtering. Voltan tinggi negatif (1-7 kV) mengionkan argon, dan ion positif membombardir permukaan sasaran, sputtering logam ke seramik untuk membentuk filem logam nipis.
Konfigurasi Sasaran: Dua atau tiga logam yang berbeza dipasang pada rak berputar. Setelah sputtering lapisan pertama (contohnya, tungsten atau molibdenum, tebal 50-500 nm), bingkai sasaran diputar ke lapisan kedua (contohnya, tembaga, perak, atau emas, tebal 1-5 μm). Menggunakan Ti untuk lapisan pertama menghasilkan hasil yang lebih baik.
Aplikasi: Sputtering sangat sesuai untuk seramik yang tidak dapat menahan suhu tinggi (contohnya, seramik piezoelektrik) dan memastikan kawalan dimensi yang tepat disebabkan oleh lapisan metalisasi nipis.
Cabaran Teknikal Seramik Metal
Mismatch pengembangan haba: Perbezaan dalam pekali pengembangan haba antara seramik dan logam boleh menyebabkan tekanan semasa sintering, yang membawa kepada pemusnahan atau pemusnahan lapisan.
Reaksi Kimia Interfacial: Reaksi pada antara muka logam-seramik menghasilkan oksida, mengubah komposisi kimia dan struktur antara muka dan prestasi yang merendahkan.
Ketidaksamaan titik lebur: Perbezaan yang signifikan dalam titik lebur antara seramik dan logam merumitkan gabungan lengkap, mengakibatkan retak kecil dan kecacatan yang mengurangkan kekuatan pengedap.
Kos dan kerumitan yang tinggi: Proses pembuatan yang mahal dan rumit untuk metalisasi seramik mengehadkan permohonannya dalam bidang tertentu.
Dengan menangani cabaran -cabaran ini, metalisasi seramik terus berkembang, membolehkan hubungan yang boleh dipercayai antara seramik dan logam dalam aplikasi elektronik dan struktur lanjutan.
