Với sự tiến bộ liên tục của gốm sứ tiên tiến, đặc biệt là gốm điện tử, mối liên hệ giữa gốm sứ và kim loại đã trở thành tâm điểm quan tâm. Tuy nhiên, các cấu trúc vi mô riêng biệt của bề mặt gốm và kim loại đặt ra những thách thức đối với liên kết trực tiếp. Những người bán truyền thống không thể làm ướt đầy đủ các bề mặt gốm, ngăn ngừa sự bám dính hiệu quả. Để giải quyết điều này, các kỹ thuật luyện kim gốm đã được phát triển. Những phương pháp này liên quan đến việc lắng đọng một màng kim loại tuân thủ chắc chắn lên bề mặt gốm, cho phép hàn thành công giữa gốm sứ và kim loại.
Nguyên tắc luyện kim gốm
Quá trình kim loại gốm liên quan đến một loạt các phản ứng hóa học và vật lý, bao gồm cả dòng nhựa của các chất và sự sắp xếp lại hạt. Trong quá trình thiêu kết, các chất khác nhau trong lớp luyện kim, chẳng hạn như oxit và oxit phi kim loại, trải qua các phản ứng hóa học và khuếch tán. Khi nhiệt độ tăng, các chất này tạo thành các hợp chất trung gian, đạt đến một điểm nóng chảy chung để tạo ra một pha lỏng. Pha thủy tinh chất lỏng nhớt trải qua dòng nhựa và các hạt sắp xếp lại dưới tác dụng mao dẫn. Năng lượng bề mặt ổ đĩa khuếch tán nguyên tử hoặc phân tử, thúc đẩy sự phát triển của hạt và giảm độ xốp, cuối cùng đạt được sự tăng cường của lớp luyện kim.
Quá trình phân loại gốm kim loại
Cuộc thảo luận này tập trung vào các kỹ thuật luyện kim cho các thành phần gốm tiên tiến, không bao gồm chất nền gốm.
Phương pháp Bạc Burnt (thâm nhiễm bạc)
Phương pháp này liên quan đến việc xâm nhập một lớp bạc kim loại vào bề mặt gốm. Độ dẫn điện tuyệt vời của bạc và điện trở oxy hóa cho phép hàn trực tiếp kim loại vào lớp bạc. Tuy nhiên, bạc dễ bị khuếch tán vào trung bình dưới nhiệt độ cao, độ ẩm và điện trường DC, khiến nó không phù hợp với các môi trường có yêu cầu hiệu suất điện nghiêm ngặt.
Dòng chảy quá trình:
Tiền xử lý: Gốm sứ được làm sạch trong nước xà phòng ở 70 nhiệt80 ° C, rửa sạch và sấy khô ở 100 nhiệt110 ° C. Làm sạch siêu âm cũng có thể được sử dụng.
Chuẩn bị dán bạc: Nguyên liệu thô chứa bạc, thông lượng và chất kết dính được trộn trong một nhà máy bóng Corundum trong 70 giờ90 giờ để đạt được tính đồng nhất và độ mịn.
Lớp phủ: Bột bạc được áp dụng thủ công, cơ học, thông qua lớp phủ nhúng, phun hoặc in màn hình. Các dung môi như nhựa thông có thể được thêm vào để điều chỉnh độ nhớt.
Làm khô và thiêu kết: Lớp bạc được sấy khô ở 60 ° C để ngăn chặn tỷ lệ, sau đó thiêu kết trong lò điện kiểu hộp hoặc lò nung đường hầm.
Phương pháp bột kim loại thiêu kết
Kỹ thuật này liên quan đến việc thiêu kết bột kim loại lên bề mặt gốm dưới bầu không khí giảm nhiệt độ cao để tạo thành một màng kim loại.
Cân nhắc chính:
Điểm nóng chảy của kim loại được hàn phải vượt quá nhiệt độ luyện kim ít nhất 200 ° C.
Các hệ số giãn nở nhiệt của kim loại và gốm nên được kết hợp chặt chẽ.
Lựa chọn bột kim loại:
Kim loại chịu lửa (ví dụ: W, MO) được sử dụng làm bột chính, với một lượng nhỏ kim loại có thiết bị làm việc thấp hơn (ví dụ: Fe, Mn, Ti).
Công thức MO-MN được áp dụng rộng rãi do khả năng thích ứng mạnh mẽ của nó.
Các tiểu thể loại:
Phương pháp Mo-MN được thêm vào kích hoạt: Các chất kích hoạt (ví dụ, bột quặng, bột sứ) làm giảm nhiệt độ kim loại hóa và tăng cường cường độ liên kết.
Quá trình kim loại nhiệt độ thấp: Thay thế các oxit molypden và mangan hoặc muối (ví dụ: MOO₃, MNO₂) đối với bột kim loại, giảm nhiệt độ kim loại hóa dưới 1200 ° C. Phương pháp này thuận tiện cho việc phủ các lỗ sâu hoặc nhỏ nhưng phải chịu tỷ lệ di chuyển cao của lớp luyện kim.
Phương pháp hàn kim loại hoạt động
Được phát triển muộn hơn phương pháp MO-MN, kỹ thuật này đòi hỏi ít bước hơn, hoàn thành niêm phong kim loại gốm trong một quy trình sưởi ấm duy nhất. Các hợp kim hàn có chứa các yếu tố hoạt động (ví dụ: TI, ZR, HF, TA) phản ứng với Al₂o₃ để tạo thành một lớp phản ứng kim loại tại giao diện. Mặc dù hiệu quả về chi phí và thích ứng với sản xuất quy mô lớn, phạm vi hạn chế của các vật liệu hàn hoạt động hạn chế ứng dụng của nó đối với sản xuất hàng loạt, đơn hoặc nhỏ.
Phương pháp hàn oxit
Phương pháp này sử dụng các oxit hỗn hợp (ví dụ: CAO, MgO, SRO, Bao với SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃) làm hàn cho niêm phong bằng kim loại gốm. Các oxit bị tan chảy, làm nguội và nghiền thành bột mịn. Kỹ thuật này thường được sử dụng để niêm phong gốm sứ alumina cao hoặc trong suốt cho các kim loại như W, MO, TA và NB.
Niêm phong áp lực
Ở nhiệt độ phòng, áp suất cơ học được áp dụng cho gốm sứ và kim loại liên kết chặt chẽ. Phương pháp này tận dụng cường độ nén cao của gốm sứ và biến dạng đàn hồi của kim loại. Một góc xiên nhỏ (7 ° mật10 °) là mặt đất trên mặt đầu vòng gốm và vòng gốm (nhỏ hơn một chút đường kính bên trong so với đường kính ngoài của vòng kim loại) được ấn vào kim loại. Vòng kim loại mở rộng một cách đàn hồi, kẹp chặt vào vòng gốm để tạo thành một con dấu áp suất với áp suất lên tới 600 MPa.
Ứng dụng: Quá trình này phù hợp cho các bộ phận niêm phong lớn, khối lượng thấp, điển hình là đồ sứ cao. Kim loại được sử dụng nên có cường độ cao, độ đàn hồi, hệ số giãn nở nhiệt tương tự như gốm và khả năng chống mỏi tốt. Mắt kim loại mềm (ví dụ: bạc, đồng hoặc vàng) trên bề mặt niêm phong kim loại tạo điều kiện trượt trong quá trình niêm phong và đảm bảo khả năng kín.
Phương pháp phun kim loại hóa
Được tiến hành trong một hệ thống chân không, phun nước liên quan đến các quá trình phun hai xạ trị, bốn sắc thái hoặc tần số cao. Trong hai giả vờ, hệ thống được bơm vào chân không cao (10⁻⁵ PA), chứa đầy argon (1 Ném10⁻ pa) và phần gốm được đặt gần mục tiêu phóng xạ. Một điện áp cao âm (1 Ném7 kV) ion hóa argon và các ion dương bắn phá bề mặt mục tiêu, phun kim loại lên gốm để tạo thành một màng kim loại mỏng.
Cấu hình mục tiêu: Hai hoặc ba kim loại khác nhau được gắn trên kệ có thể xoay. Sau khi phun lớp đầu tiên (ví dụ: vonfram hoặc molybdenum, dày 50 50500nm), khung đích được xoay để tạo ra một lớp thứ hai (ví dụ, đồng, bạc hoặc vàng, dày 1. Sử dụng TI cho lớp đầu tiên mang lại kết quả tốt hơn.
Ứng dụng: Thuốc phun là lý tưởng cho gốm sứ không thể chịu được nhiệt độ cao (ví dụ: gốm điện áp) và đảm bảo kiểm soát kích thước chính xác do lớp luyện kim mỏng.
Những thách thức kỹ thuật của gốm kim loại
Sự không phù hợp mở rộng nhiệt: Sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt giữa gốm sứ và kim loại có thể gây căng thẳng trong quá trình thiêu kết, dẫn đến nứt hoặc phá hủy lớp.
Phản ứng hóa học liên vùng: Các phản ứng tại giao diện gốm kim loại tạo ra các oxit, thay đổi thành phần hóa học và cấu trúc của giao diện và hiệu suất xuống cấp.
Sự chênh lệch điểm nóng chảy: Sự khác biệt đáng kể về điểm nóng chảy giữa gốm sứ và kim loại làm phức tạp kết hợp hoàn toàn, dẫn đến các vết nứt nhỏ và khiếm khuyết làm giảm sức mạnh niêm phong.
Chi phí và độ phức tạp cao: Quá trình sản xuất kim loại gốm đắt tiền và phức tạp giới hạn ứng dụng của nó trong các lĩnh vực nhất định.
Bằng cách giải quyết những thách thức này, quá trình luyện kim gốm tiếp tục phát triển, cho phép các kết nối đáng tin cậy giữa gốm sứ và kim loại trong các ứng dụng điện tử và cấu trúc tiên tiến.
