ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเซรามิกขั้นสูงโดยเฉพาะเซรามิกอิเล็กทรอนิกส์การเชื่อมต่อระหว่างเซรามิกและโลหะได้กลายเป็นจุดสนใจที่น่าสนใจ อย่างไรก็ตามโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันของพื้นผิวเซรามิกและโลหะก่อให้เกิดความท้าทายสำหรับการเชื่อมโดยตรง ทหารแบบดั้งเดิมไม่สามารถตั้งพื้นผิวเซรามิกเปียกได้อย่างเพียงพอป้องกันการยึดเกาะที่มีประสิทธิภาพ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ได้มีการพัฒนาเทคนิคการเซรามิกโลหะ วิธีการเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการสะสมฟิล์มโลหะที่ยึดติดแน่นลงบนพื้นผิวเซรามิกทำให้สามารถเชื่อมที่ประสบความสำเร็จระหว่างเซรามิกและโลหะ
หลักการของเซรามิกโลหะ
การทำให้เป็นโลหะเซรามิกเกี่ยวข้องกับชุดของปฏิกิริยาทางเคมีและทางกายภาพรวมถึงการไหลของพลาสติกของสารและการจัดเรียงอนุภาคใหม่ ในระหว่างการเผาสารต่าง ๆ ในชั้นโลหะเช่นออกไซด์และออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ, ได้รับปฏิกิริยาทางเคมีและการแพร่กระจาย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสารเหล่านี้จะก่อตัวเป็นสารประกอบกลางซึ่งถึงจุดหลอมละลายทั่วไปเพื่อสร้างเฟสของเหลว เฟสแก้วของเหลวที่มีความหนืดจะผ่านการไหลของพลาสติกและอนุภาคจัดเรียงใหม่ภายใต้การกระทำของเส้นเลือดฝอย พลังงานพื้นผิวขับเคลื่อนการแพร่กระจายของอะตอมหรือโมเลกุลส่งเสริมการเจริญเติบโตของเมล็ดข้าวและลดความพรุนในที่สุดก็บรรลุความหนาแน่นของชั้นโลหะ
การจำแนกกระบวนการของเซรามิกเมทัลไลซ์
การสนทนานี้มุ่งเน้นไปที่เทคนิคการสร้างโลหะสำหรับส่วนประกอบเซรามิกขั้นสูงไม่รวมพื้นผิวเซรามิก
วิธีการเผาไหม้สีเงิน (การแทรกซึมของเงิน)
วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการแทรกซึมเข้าไปในชั้นของเงินโลหะบนพื้นผิวเซรามิก ค่าการนำไฟฟ้าและการออกซิเดชั่นที่ยอดเยี่ยมของซิลเวอร์ช่วยให้การเชื่อมโลหะโดยตรงกับชั้นเงิน อย่างไรก็ตามเงินมีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายเข้าไปในสื่อภายใต้อุณหภูมิสูงความชื้นและสนามไฟฟ้า DC ทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่เข้มงวด
กระบวนการไหล:
ก่อนการรักษา: เซรามิกส์ทำความสะอาดในน้ำสบู่ที่ 70–80 ° C ล้างและแห้งที่ 100–110 ° C นอกจากนี้ยังสามารถใช้การทำความสะอาดอัลตราโซนิกได้
การเตรียมการวางสีเงิน: วัตถุดิบที่ประกอบด้วยเงินฟลักซ์และสารยึดเกาะผสมในโรงสีลูกบอล Corundum เป็นเวลา 70-90 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ความสม่ำเสมอและความละเอียด
การเคลือบ: วางสีเงินใช้ด้วยตนเองกลไกผ่านการเคลือบแบบจุ่มฉีดพ่นหรือการพิมพ์หน้าจอ ตัวทำละลายเช่นน้ำมันสนเพื่อปรับความหนืด
การอบแห้งและการเผา: ชั้นเงินจะถูกทำให้แห้งที่ 60 ° C เพื่อป้องกันการปรับขนาดจากนั้นเผาในเตาไฟฟ้าแบบกล่องหรือเตาเผาอุโมงค์
วิธีผงโลหะเผา
เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับผงโลหะที่เผาบนพื้นผิวเซรามิกภายใต้บรรยากาศลดอุณหภูมิสูงเพื่อสร้างฟิล์มโลหะ
ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ:
จุดหลอมเหลวของโลหะที่จะเชื่อมควรเกินอุณหภูมิโลหะอย่างน้อย 200 ° C
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของโลหะและเซรามิกควรจับคู่อย่างใกล้ชิด
การเลือกผงโลหะ:
โลหะทนไฟ (เช่น, W, MO) ถูกใช้เป็นผงหลักโดยมีโลหะจุดเล็ก ๆ น้อย ๆ (เช่น Fe, Mn, Ti) เพิ่ม
สูตร MO-MN นั้นถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเนื่องจากการปรับตัวที่แข็งแกร่ง
หมวดหมู่ย่อย:
วิธี MO-MN ที่เพิ่มขึ้นของ Activator: activators (เช่นผงแร่, ผงพอร์ซเลน) ลดอุณหภูมิโลหะและเพิ่มความแข็งแรงของพันธะ
โลหะอุณหภูมิต่ำ: สารทดแทนโมลิบดีนัมและแมงกานีสออกไซด์หรือเกลือ (เช่นmoo₃, mno₂) สำหรับผงโลหะลดอุณหภูมิโลหะต่ำกว่า 1,200 ° C วิธีนี้สะดวกสำหรับการเคลือบหลุมลึกหรือขนาดเล็ก แต่ได้รับความทุกข์ทรมานจากอัตราการโยกย้ายสูงของชั้นโลหะ
วิธีการประสานโลหะที่ใช้งานอยู่
พัฒนาช้ากว่าวิธี MO-MN เทคนิคนี้ต้องใช้ขั้นตอนน้อยลงในการทำซีลเมทัลเซรามิกในกระบวนการทำความร้อนครั้งเดียว โลหะผสมที่มีองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ (เช่น Ti, Zr, HF, TA) ทำปฏิกิริยากับal₂o₃เพื่อสร้างเลเยอร์ปฏิกิริยาโลหะที่ส่วนต่อประสาน ในขณะที่ต้นทุนมีประสิทธิภาพและปรับให้เข้ากับการผลิตขนาดใหญ่ได้ แต่วัสดุที่ใช้งานอยู่ที่ จำกัด นั้น จำกัด การใช้งานของมันกับการผลิตขนาดใหญ่ชิ้นเดียวหรือขนาดเล็ก
วิธีการประสานออกไซด์
วิธีนี้ใช้ออกไซด์ผสม (เช่น Cao, MgO, SRO, Bao กับSio₂, B₂o₃, Al₂o₃) เป็นบัดกรีสำหรับการปิดผนึกเซรามิก-โลหะ ออกไซด์จะละลายดับและบดเป็นผงละเอียด เทคนิคนี้ใช้กันทั่วไปสำหรับการปิดผนึกอลูมินาสูงหรือเซรามิกอะลูมินาโปร่งใสกับโลหะเช่น W, Mo, TA และ NB
การปิดผนึกแรงดัน
ที่อุณหภูมิห้องความดันเชิงกลจะถูกนำไปใช้กับเซรามิกและโลหะ วิธีนี้ใช้ประโยชน์จากความแข็งแรงในการบีบอัดสูงของเซรามิกและการเสียรูปยืดหยุ่นของโลหะ มุมเอียงขนาดเล็ก (7 ° –10 °) อยู่บนใบหน้าปลายวงแหวนเซรามิกและแหวนเซรามิก (เล็กกว่าเล็กน้อยในเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางด้านนอกของวงแหวนโลหะ) จะถูกกดลงบนโลหะ วงแหวนโลหะขยายอย่างยืดหยุ่นจับอย่างแน่นหนาไปยังวงแหวนเซรามิกเพื่อสร้างซีลแรงดันด้วยแรงดันสูงถึง 600 MPa
แอปพลิเคชัน: กระบวนการนี้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนปิดผนึกขนาดใหญ่และมีปริมาณมาก โลหะที่ใช้ควรมีความแข็งแรงสูงความยืดหยุ่นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนคล้ายกับเซรามิกและความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าที่ดี การชุบโลหะอ่อน (เช่นเงินทองแดงหรือทองคำ) บนพื้นผิวการปิดผนึกโลหะช่วยให้การเลื่อนในระหว่างการปิดผนึกและทำให้มั่นใจได้ถึงความแข็งแรง
วิธีการสปัตเตอร์
ดำเนินการในระบบสุญญากาศการสปัตเตอร์เกี่ยวข้องกับกระบวนการสปัตเตอร์แบบสแตฟเตอร์สองแบบสี่แบบหรือความถี่สูง ในการปั้นสองครั้งระบบจะถูกปั๊มไปยังสุญญากาศสูง (10⁻⁵ Pa) ที่เต็มไปด้วยอาร์กอน (1–10⁻ pa) และส่วนเซรามิกจะอยู่ใกล้กับเป้าหมายสปัตเตอร์ แรงดันไฟฟ้าสูงเชิงลบ (1-7 kV) ionizes อาร์กอนและไอออนบวกระเบิดพื้นผิวเป้าหมายโดยสปัตเตอร์โลหะลงบนเซรามิกเพื่อสร้างฟิล์มโลหะบาง ๆ
การกำหนดค่าเป้าหมาย: โลหะสองหรือสามชนิดที่แตกต่างกันติดตั้งบนชั้นวางที่หมุนได้ หลังจากสปัตเตอร์เลเยอร์แรก (เช่นทังสเตนหรือโมลิบดีนัมหนา 50–500 นาโนเมตร) กรอบเป้าหมายจะหมุนไปที่ชั้นสอง (เช่นทองแดงเงินหรือทองหนา 1-5 µm) การใช้ TI สำหรับเลเยอร์แรกให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า
แอปพลิเคชัน: การสปัตเตอร์เหมาะสำหรับเซรามิกที่ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูง (เช่นเซรามิก piezoelectric) และทำให้มั่นใจได้ว่าการควบคุมมิติที่แม่นยำเนื่องจากชั้นโลหะบาง ๆ
ความท้าทายทางเทคนิคของเซรามิก metallized
การขยายตัวทางความร้อนไม่ตรงกัน: ความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างเซรามิกและโลหะสามารถทำให้เกิดความเครียดในระหว่างการเผาซึ่งนำไปสู่การแตกหรือการทำลายเลเยอร์
ปฏิกิริยาทางเคมีของ Interfacial: ปฏิกิริยาที่ส่วนต่อประสานกับโลหะ ceramic สร้างออกไซด์การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของอินเทอร์เฟซและประสิทธิภาพการย่อยสลาย
จุดหลอมเหลวที่ไม่เท่าเทียมกัน: ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในจุดหลอมเหลวระหว่างเซรามิกและโลหะทำให้ฟิวชั่นสมบูรณ์ทำให้เกิดรอยแตกเล็ก ๆ น้อย ๆ และข้อบกพร่องที่ลดความแข็งแรงในการปิดผนึก
ต้นทุนและความซับซ้อนสูง: กระบวนการผลิตที่มีราคาแพงและซับซ้อนของเซรามิกเมทัลไลเซชัน จำกัด การใช้งานในบางสาขา
ด้วยการจัดการกับความท้าทายเหล่านี้การสร้างโลหะเซรามิกยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องทำให้สามารถเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ระหว่างเซรามิกและโลหะในการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์และโครงสร้างขั้นสูง
