Met de voortdurende vooruitgang van geavanceerd keramiek, met name elektronisch keramiek, is het verband tussen keramiek en metalen een aandachtspunt geworden. De verschillende microstructuren van keramische en metaaloppervlakken vormen echter uitdagingen voor directe binding. Traditionele soldeers slagen er niet in om adequaat natte keramische oppervlakken te bevatten, waardoor effectieve hechting wordt voorkomen. Om dit aan te pakken zijn keramische metallisatietechnieken ontwikkeld. Deze methoden omvatten het afzetten van een stevig vasthoudende metalen film op het keramische oppervlak, waardoor succesvol lassen tussen keramiek en metalen mogelijk zijn.
Principe van keramische metallisatie
Keramische metallisatie omvat een reeks chemische en fysische reacties, waaronder plastic stroom van stoffen en herschikking van deeltjes. Tijdens het sinteren ondergaan verschillende stoffen in de metallisatielaag, zoals oxiden en niet-metalen oxiden, chemische reacties en diffusie. Naarmate de temperatuur toeneemt, vormen deze stoffen tussenliggende verbindingen, die een gemeenschappelijk smeltpunt bereiken om een vloeibare fase te creëren. De viskeuze vloeistofglasfase ondergaat de plastic stroom en deeltjes herschikken onder capillaire werking. Oppervlakte -energie stimuleert atomaire of moleculaire diffusie, bevordert graangroei en het verminderen van de porositeit, waardoor uiteindelijk de verdichting van de metallisatielaag wordt bereikt.
Procesclassificatie van gemetalliseerd keramiek
Deze discussie richt zich op metallisatietechnieken voor geavanceerde keramische componenten, exclusief keramische substraten.
Verbrande zilvermethode (zilveren infiltratie)
Deze methode omvat het infiltreren van een laag metaalzilver op het keramische oppervlak. De uitstekende geleidbaarheid en oxidatieweerstand van zilver maakt direct lassen van metalen naar de zilveren laag mogelijk. Zilver is echter vatbaar voor diffusie in het medium onder hoge temperaturen, vochtigheid en DC -elektrische velden, waardoor het ongeschikt is voor omgevingen met strenge elektrische prestatievereisten.
Processtroom:
Voorbehandeling: keramiek wordt gereinigd in zeepwater bij 70-80 ° C, gespoeld en gedroogd bij 100-110 ° C. Ultrasone reiniging kan ook worden gebruikt.
Zilverpasta Bereiding: zilverbevattende grondstoffen, flux en bindmiddel worden 70-90 uur in een Korundum-kogelmolen gemengd om uniformiteit en fijnheid te bereiken.
Coating: zilverpasta wordt handmatig, mechanisch aangebracht via dipcoating, spuiten of schermafdrukken. Oplosmiddelen zoals terpentijn kunnen worden toegevoegd om viscositeit aan te passen.
Droog en sinteren: de zilveren laag wordt gedroogd bij 60 ° C om schaling te voorkomen, en vervolgens gesinterd in een doosachtige elektrische oven of tunneloven.
Gesinterde metaalpoedermethode
Deze techniek omvat het sinteren van metaalpoeder op het keramische oppervlak onder een hoge temperatuur die de atmosfeer vermindert om een metalen film te vormen.
Belangrijkste overwegingen:
Het smeltpunt van het te lassen metaal zou de metallisatietemperatuur met ten minste 200 ° C moeten overschrijden.
De thermische expansiecoëfficiënten van het metaal en keramiek moeten nauw worden gekoppeld.
Selectie van metaalpoeder:
Raadsnelrappende metalen (bijv. W, MO) worden gebruikt als het primaire poeder, met kleine hoeveelheden metalen met een lagere smeltende punt (bijv. Fe, Mn, Ti) toegevoegd.
De MO-MN-formule wordt op grote schaal aangenomen vanwege het sterke aanpassingsvermogen.
Subcategorieën:
Activator-toegevoegde MO-MN-methode: activatoren (bijv. ORE-poeder, porseleinpoeder) verlaag de metallisatietemperatuur en verbetert de bindsterkte.
Metallisatie op lage temperatuur: vervangt molybdeen- en mangaanoxiden of zouten (bijv. Moo₃, Mno₂) voor metaalpoeders, waardoor de metallisatie-temperaturen onder 1200 ° C worden verminderd. Deze methode is handig voor het coaten van diepe of kleine gaten, maar lijdt aan hoge migratiepercentages van de metallisatielaag.
Actieve methode met metaalcrazen
Later ontwikkeld dan de MO-MN-methode, vereist deze techniek minder stappen, waardoor keramische metalen afdichting in een enkel verwarmingsproces wordt voltooid. Solijsten die actieve elementen bevatten (bijv. Ti, Zr, HF, Ta) reageren met al₂o₃ om een metaalachtige reactielaag op het grensvlak te vormen. Hoewel kosteneffectief en aanpasbaar zijn aan grootschalige productie, beperkt het beperkte bereik van actieve solde-materialen de toepassing ervan op grote, eendelige of kleine batchproductie.
Oxide -soldeermethode
Deze methode maakt gebruik van gemengde oxiden (bijv. Cao, MGO, SRO, Bao met Sio₂, B₂o₃, Al₂o₃) als soldeer voor afdichtingen van keramische metalen. De oxiden worden gesmolten, geblust en gemalen in fijn poeder. Deze techniek wordt vaak gebruikt voor het afdichten van hoog-aluminiumoxide of transparant aluminiumoxide-keramiek naar metalen zoals W, MO, TA en NB.
Drukafdichting
Bij kamertemperatuur wordt mechanische druk uitgeoefend op krappe keramiek en metalen. Deze methode maakt gebruik van de hoge druksterkte van keramiek en de elastische vervorming van metalen. Een kleine schuine hoek (7 ° - 10 °) wordt gemalen op het uiteinde van de keramische ring en de keramische ring (iets kleiner in de binnendiameter dan de buitendiameter van de metaalring) wordt op het metaal geperst. De metalen ring breidt elastisch uit en klemt strak vast in de keramische ring om een drukafdichting te vormen met drukken tot 600 MPa.
Toepassingen: dit proces is geschikt voor grote afdichtingsonderdelen met een laag volume, meestal hoog-alumina porselein. Het gebruikte metaal moet een hoge sterkte, elasticiteit, een thermische expansiecoëfficiënt hebben vergelijkbaar met de keramische en goede vermoeidheidsweerstand. Zachte metalen plating (bijv. Zilver, koper of goud) op het metalen afdichtingsoppervlak vergemakkelijkt het glijden tijdens het afdichten en zorgt voor luchtdichtheid.
Sputtermethode metallisatie
Geleid in een vacuümsysteem, omvat sputteren met twee verdiepingen, vier lekkers of hoogfrequente sputteringsprocessen. In tweezittingen wordt het systeem gepompt tot een hoog vacuüm (10⁻⁵ PA), gevuld met argon (1-10⁻¹ PA), en het keramische deel wordt in de buurt van het sputterende doelwit geplaatst. Een negatieve hoge spanning (1-7 kV) ioniseert het argon en positieve ionen bombarderen het doeloppervlak, sputtermetaal op het keramiek om een dunne metalen film te vormen.
Doelconfiguratie: twee of drie verschillende metalen zijn gemonteerd op een roteerbare plank. Na het sputteren van de eerste laag (bijv., Wolfraam of molybdeen, 50 - 500 nm dik), wordt het doelframe gedraaid om een tweede laag te sputteren (bijv. Koper, zilver of goud, 1-5 µm dik). Het gebruik van Ti voor de eerste laag levert betere resultaten op.
Toepassingen: sputteren is ideaal voor keramiek die geen hoge temperaturen (bijv. Piëzo -elektrische keramiek) niet kan weerstaan en zorgt voor een precieze dimensionale controle als gevolg van de dunne metallisatielaag.
Technische uitdagingen van gemetalliseerd keramiek
Thermische expansie -mismatch: verschillen in thermische expansiecoëfficiënten tussen keramiek en metalen kunnen stress veroorzaken tijdens sinteren, wat leidt tot kraken of laagvernietiging.
Interfaciale chemische reacties: reacties op het metaal-ceramische interface produceren oxiden, waardoor de chemische samenstelling en structuur van het interface en afbraakprestaties veranderen.
Smeltpuntverschillen: het significante verschil in smeltpunten tussen keramiek en metalen compliceert volledige fusie, wat resulteert in kleine scheuren en defecten die de afdichtingssterkte verminderen.
Hoge kosten en complexiteit: het dure en ingewikkelde productieproces van keramische metallisatie beperkt de toepassing ervan op bepaalde gebieden.
Door deze uitdagingen aan te gaan, blijft keramische metallisatie evolueren, waardoor betrouwbare verbindingen tussen keramiek en metalen in geavanceerde elektronische en structurele toepassingen mogelijk zijn.
