Благодаря продолжающемуся развитию передовой керамики, в частности, электронной керамики, связь между керамикой и металлами стала интересующей точкой. Тем не менее, отдельные микроструктуры поверхностей керамики и металлов создают проблемы для прямой связи. Традиционные припоры не могут адекватно влажные керамические поверхности, предотвращая эффективную адгезию. Для решения этого были разработаны методы керамической металлизации. Эти методы включают в себя осаждение прочно прилипающую металлическую пленку на керамическую поверхность, что обеспечивает успешную сварку между керамикой и металлами.
Принцип керамической металлизации
Керамическая металлизация включает в себя ряд химических и физических реакций, включая пластиковый поток веществ и перестройку частиц. Во время спекания различные вещества в слое металлизации, такие как оксиды и неметаллические оксиды, подвергаются химическим реакциям и диффузии. По мере повышения температуры эти вещества образуют промежуточные соединения, которые достигают общей точки плавления, чтобы создать жидкую фазу. Вязкая жидкая стеклянная фаза подвергается пластиковому потоку, а частицы переставляют при капиллярном действии. Поверхностная энергия приводит атомную или молекулярную диффузию, способствуя росту зерна и снижению пористости, в конечном итоге достигая уплотнения слоя металлизации.
Классификация процессов металлизованной керамики
Это обсуждение фокусируется на методах металлизации для передовых керамических компонентов, исключая керамические субстраты.
Метод сгоревшего серебра (инфильтрация серебра)
Этот метод включает проникновение слоя металлического серебра на керамическую поверхность. Превосходная проводимость и устойчивость к окислению серебра позволяет прямой сварке металлов к слою серебра. Тем не менее, серебро подвергается диффузии в среду при высоких температурах, влажности и электрических полях постоянного тока, что делает его непригодным для среды со строгими требованиями к электрической производительности.
Процесс процесса:
Предварительная обработка: керамика очищается в мыльной воде при 70–80 ° C, промывается и сушат при 100–110 ° C. Ультразвуковая чистка также может быть использована.
Приготовление серебряной пасты: серебряное сырье, поток и переплет смешиваются в шаровой мельнице Corundum в течение 70–90 часов для достижения однородности и тонкости.
Покрытие: серебряная паста наносится вручную, механически, посредством провального покрытия, распыления или печати для тракта. Растворители, такие как скипидар, могут быть добавлены для корректировки вязкости.
Высыхание и спекание: слой серебра высушивается при 60 ° C, чтобы предотвратить масштабирование, а затем спекают в электрической печи или туннельной печи коробки или туннельной печи.
Спешенная металлическая порошковая метод
Этот метод включает в себя спекающий металлический порошок на керамическую поверхность под высокотемпературной атмосферой, образуя металлическую пленку.
Ключевые соображения:
Точка плавления металла, которая должна быть сварена, должна превышать температуру металлизации как минимум на 200 ° C.
Коэффициенты термического расширения металла и керамики должны быть тесно сопоставлены.
Металлический порошок выбор:
Рефрактерные металлы (например, W, MO) используются в качестве основного порошка, с небольшими количествами металлов с более низкой точкой (например, Fe, Mn, Ti).
Формула MO-MN широко принята из-за его сильной адаптивности.
Подкатегории:
Метод MO-MN с добавлением активатора: активаторы (например, порошок руды, фарфоровый порошок) снижают температуру металлизации и усиливают прочность на соединение.
Низкотемпературная металлизация: заменит молибден и оксиды или соли марганца (например, Moo₃, Mno₂) для металлических порошков, снижая температуры металлизации ниже 1200 ° C. Этот метод удобен для покрытия глубоких или небольших отверстий, но страдает от высокой скорости миграции слоя металлизации.
Метод активного металла
Разработанный позже, чем метод MO-MN, этот метод требует меньше шагов, завершающих герметизацию керамического металла за один процесс нагрева. Сплав, содержащие активные элементы (например, Ti, Zr, HF, TA) с Al₂O₃, образуя металлический реакционный слой на границе раздела. Несмотря на то, что он экономически эффективен и адаптируется к крупномасштабному производству, его ограниченный спектр активных пайковых материалов ограничивает его применение крупным производством с одним произведением или мелкой партией.
Метод приповкисидного припадения
В этом методе используются смешанные оксиды (например, CAO, MGO, SRO, BAO с SIO₂, B₂O₃, Al₂o₃) в качестве припадения для герметизации керамического металла. Оксиды растоплены, угашены и заземляются в мелкий порошок. Этот метод обычно используется для герметизации высококачественной или прозрачной глиноземной керамики для металлов, таких как W, MO, TA и NB.
Герметизация давления
При комнатной температуре механическое давление применяется для плотной керамики и металлов. Этот метод использует высокую прочность на сжатие керамики и упругую деформацию металлов. Небольшой косой угол (7 ° –10 °) заземлен на керамическом кольцевой поверхности, а керамическое кольцо (немного меньше по внутреннему диаметру, чем внешний диаметр металлического кольца) нажимается к металлу. Металлическое кольцо упруго расширяется, плотно зажимая керамическое кольцо, образуя уплотнение под давлением с давлением до 600 МПа.
Приложения: Этот процесс подходит для крупных, малых герметизирующих деталей, обычно фарфора с высокой алюминой. Используемый металл должен иметь высокую прочность, эластичность, коэффициент термического расширения, аналогичный керамике, и хорошей устойчивости к усталости. Мягкое металлическое покрытие (например, серебро, медь или золото) на металлической герметичной поверхности облегчает скольжение во время герметизации и обеспечивает легкость.
Метод разрыва металлизации
Проводимый в вакуумной системе, распыление включает в себя два раздора, четырехпространственные или высокочастотные процессы распыления. В двух запеканиях система перекачивается в высокий вакуум (10⁻⁵ PA), заполненную аргоном (1–10⁻ PA), а керамическая часть помещается рядом с целевой расщеплением. Отрицательное высокое напряжение (1–7 кВ) ионизирует аргона, а положительные ионы бомбардируют целевую поверхность, распыляя металл на керамику, образуя тонкую металлическую пленку.
Целевая конфигурация: два или три различных металла монтируются на вращаемой полке. После разжатия первого слоя (например, вольфрамового или молибдена, толщиной 50–500 нм), целевая рама вращается, чтобы разскочить второй слой (например, медь, серебро или золото толщиной 1–5 мкм). Использование Ti для первого уровня дает лучшие результаты.
Применение: распыление идеально подходит для керамики, которая не может выдерживать высокие температуры (например, пьезоэлектрическая керамика) и обеспечивает точный размерный контроль из -за тонкого слоя металлизации.
Технические проблемы металлизованной керамики
Несоответствие термического расширения: различия в коэффициентах термического расширения между керамикой и металлами могут вызвать напряжение во время спекания, что приводит к растрескиванию или разрушению слоя.
Межфазные химические реакции: реакции на металлическом графике раздела продуцируют оксиды, изменяя химический состав и структуру границы раздела и ухудшая производительность.
Неравенство точки плавления: значительная разница в точках плавления между керамикой и металлами усложняет полное слияние, что приводит к крошечным трещинах и дефектам, которые уменьшают прочность на герметизацию.
Высокая стоимость и сложность: дорогой и сложный процесс производства керамической металлизации ограничивает его применение в определенных областях.
Решая эти проблемы, керамическая металлизация продолжает развиваться, обеспечивая надежные связи между керамикой и металлами в передовых электронных и структурных приложениях.
