氧化铝陶瓷的金属化工艺

2021-11-08 11:40:12 0
[导读]  在实际应用中,会经常碰到氧化铝陶瓷与金属材料的封接工艺,要想实现完美的陶瓷-金属封接,最重要的一步就是做好氧化铝陶瓷的金属化处理,它的好坏影响最终的封接效果。

(来源:中国粉体网)

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 Al2O3陶瓷具有机械强度最高、硬度大、电绝缘性能好、高频损耗小、导热系数大、真空气密性好等优点,并且生产氧化铝陶瓷的原料地球储量丰富,价格低廉,生产工艺成熟,所以氧化铝陶瓷的应用领域十分宽广。

 

在实际应用中,会经常碰到氧化铝陶瓷与金属材料的封接工艺,要想实现完美的陶瓷-金属封接,最重要的一步就是做好氧化铝陶瓷的金属化处理,它的好坏影响最终的封接效果。

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图片来源:湖北省新时期电陶科技有限公司


陶瓷金属化的方法主要有化学镀Ni-P法、电镀Ni-P合金法、高温烧结被Ag(Ni)法、Mo-Mn烧结法、真空蒸发镀膜法和真空溅射镀膜法等。


1、化学镀Ni-P法


化学镀Ni-P又称无电镀或自催化镀,它是一种在不加外在电流的情况下,利用还原剂在活化零件表面上自催化还原沉积得到Ni层,当Ni层沉积到活化的零件表面后由于Ni具有自催化能力,所以该过程将自动进行下去。一般化学镀Ni得到的为合金镀层,常见的是Ni-P合金。


化学镀膜层虽然耐蚀、耐磨性好、硬度高、孔隙少,且不需要电源,但也存在不少缺点,比如膜层结合力差,抗拉强度低,镀液成本高,工艺过程复杂等。


2、电镀Ni法


电镀是一种电化学过程,也是一种氧化还原过程。电镀Ni是将零件浸入Ni盐的溶液中作为阴极,金属Ni板作为阳极,接通直流电源后,在零件上就会沉积出金属Ni镀层。电镀Ni法是1950年Brenner等发现的,美国高氏公司采用的就是电镀Ni法。


电镀镍的配方及工艺条件



电镀Ni膜层虽然与陶瓷结合力强、内应力小,但是明显的缺点是,受金属化瓷件表面的清洁和镀液纯净程度的影响大,造成电镀后金属化瓷件的缺陷较多,例如起皮、起泡、麻点、黑点等,同时极易受电镀挂具和镀缸中不同位置的影响,造成均镀能力差。


3、烧结被Ag(Ni)法


被银法是在陶瓷表面敷上一层Ag浆,由Ag盐熔剂与粘接剂组成,然后在高温下烧结使Ag离子还原为单质Ag,Ag层可由三乙醇胺还原碳酸银,也可由硝酸银加入氨水后用甲醛或甲酸还原而得。目前的Ag层、Ni层存在主要问题是膜层偏薄、不连续、不均匀、抗熔蚀性差。


4、Mo-Mn烧结法



5、真空蒸发镀膜法


蒸发镀膜法是在0.13Pa真空度中进行,用电阻蒸发源或电子束加热蒸发,使铝、铜成为气相原子或分子然后沉积到陶瓷基体上,下图为其工作示意图。真空蒸镀银铜是一种清洁工艺,以日本村田、京陶公司为代表的国际著名电陶企业,在本世纪初开始采用单机式真空蒸发技术进行金属化。但是金属膜层与陶瓷的结合力较差,容易造成吸银铜或电极早期脱落,而且金属膜层的厚度不易控制、均匀度与一致性差、材料利用率较低。


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蒸发镀膜法示意图


6、真空溅射镀膜法


真空溅射镀在1.3~0.013Pa真空中进行,沉积层物质作为靶阴极,加负偏压2~3kV,通入氩气,产生辉光放电,氩离子轰击靶材,靶材原子逸出,在基板上表面沉积。


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溅射镀膜法相比以上几种工艺而言,不仅环保,而且工艺过程简单、成本低,是将来金属化工艺的主要发展方向。


陶瓷金属化的质量主要取决于陶瓷本身质量与金属化工艺,具体影响因素有金属化配方、金属化温度及保温时间、金属化显微结构、金属化涂层厚度及涂覆方式等。多年来,陶瓷金属化一直是一个热门的课题,国内外学者都对其展开了深入的研究,在金属化的机理方面还尚存有争议,且金属化的性能方面如陶瓷金属化成品的抗弯、抗拉强度、气密性等仍有待提高。


参考来源:

[1]王玲等.陶瓷金属化的方法、机理及影响因素的研究进展

[2]马元远等.氧化铝陶瓷金属化技术的研究进展

[3]丁枢华等.氧化铝陶瓷金属化机理研究


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