V oblasti vysoko{0}}spoľahlivých elektronických obalov a vysokoteplotných{1}}štrukturálnych spojení bolo stabilné spojenie medzi keramikou a kovmi vždy kľúčovou technickou výzvou. Konštrukčná keramika, reprezentovaná oxidom hlinitým, má vysokú tvrdosť, vysokú izoláciu a vynikajúcu tepelnú odolnosť, ale jej krehkosť a povrchová inertnosť sťažujú priame zváranie na kovy. Na dosiahnutie spoľahlivých spojení keramiky-k{5}}kovu sa hlavnou zložkou stali procesy pokovovania, pričom v inžinierskych aplikáciách zohráva kľúčovú úlohu metóda Mo-Mn a jej vylepšená metóda aktivovaného Mo{7}}Mn.
Tradičný me-mn metalizačný mechanizmus a charakteristiky rozhrania
Tradičná metóda Mo-Mn zahŕňa potiahnutie substrátu Al2O3 suspenziou obsahujúcou prášky molybdénu a mangánu s následným spekaním pri vysokej teplote-, aby sa vytvorila metalizovaná vrstva. Štúdie ukázali, že keď sa pri spracovaní metalizovanou keramikou zmiešajú Mo a Mn vysokej{5}}čistoty v pomere 80:20, výsledná kovová vrstva vykazuje vynikajúcu medzifázovú väzbu so substrátom z oxidu hlinitého.
Údaje z nanoindentačného testovania ukazujú, že nanotvrdosť substrátu Al2O3, medzifázovej vrstvy a kovového povlaku sú približne 14 GPa, 5,5 GPa a 1,5 GPa. Tvrdosť postupne klesá od keramického substrátu ku kovovej vrstve a vytvára súvislú gradientnú štruktúru. Toto gradientné rozhranie účinne zmierňuje tepelné namáhanie spôsobené nesúladom tepelnej rozťažnosti, čím prispieva k zlepšeniu odolnosti spoja voči tepelným šokom a umožňuje pokovovaným keramickým komponentom dlhodobo-fungovať v prostrediach s vyššími-teplotami.
Počas spekania častice Mo najskôr vytvoria súvislú rámcovú štruktúru, zatiaľ čo Mn sa zúčastňuje medzifázovej reakcie a podporuje väzbu s fázou keramického skla. Pri vysokých teplotách migruje malé množstvo sklovitej fázy z vnútra keramiky smerom k metalizačnej vrstve, čím vypĺňa póry a zvyšuje pevnosť medzifázového spojenia. Tento proces difúzie a migrácie je kľúčovým základom pre vytvorenie stabilných väzieb v tradičnej technológii keramickej metalizácie.
Tradičná metóda Mo-Mn má však značné nedostatky. Po prvé, vyžaduje vysoké teploty spekania a spotrebuje veľké množstvo energie. Po druhé, nedostatok aktivátorov v systéme kovového prášku má za následok obmedzenú zmáčavosť na rozhraní, čo obmedzuje potenciál na zlepšenie pevnosti tesnenia. Postupne sa preto vyvíjali vylepšené procesy pre aplikácie vyššej kategórie-.
Cesta technického zlepšenia metódy Activated Mo-Mn
Aktivovaná metóda Mo-Mn je optimalizáciou tradičného procesu s hlavným cieľom znížiť teplotu pokovovania a zvýšiť medzifázovú reaktivitu. Zlepšenia spadajú hlavne do dvoch kategórií: po prvé, pridanie aktivátorov do prípravku; po druhé, nahradenie časti kovového prášku oxidmi alebo soľami molybdénu alebo mangánu.
V podmienkach pokovovania sa častice Mo spekajú a vytvárajú štruktúru podobnú špongii. Kovový Mn sa oxiduje na MnO, ktorý potom podlieha difúznej reakcii s pridaným Al2O3, SiO2, CaO a ďalšími zložkami, pričom vzniká tavenina s nízkou teplotou topenia a nízkou viskozitou. Táto tavenina vykazuje dobrú zmáčavosť pre Mo a môže sa prelínať s malým množstvom sklovitej fázy prítomnej v 95 % hmotn. Al2O3 keramike.
Tvorba tejto taveniny s nízkou viskozitou výrazne podporuje migráciu sklovitej fázy z vnútra keramiky do pórov metalizovanej vrstvy, čím sa zvyšuje mechanické vzájomné spojenie a chemická väzba na rozhraní. V porovnaní s tradičnými metódami vytvára aktivovaný proces Mo-Mn hustejšiu metalizovanú keramickú štruktúru na rozhraní, čím sa zlepšuje celková spoľahlivosť spoja.
Výkonnostné výhody a aplikačný význam
Aj keď je aktivovaná metóda Mo{0}}Mn zložitá a relatívne drahá, ponúka silnú medzifázovú väzbu a vynikajúcu zmáčavosť, čím výrazne zlepšuje pevnosť tesnenia a stabilitu tepelného cyklu. Preto má široké uplatnenie pri výrobe-precíznych hliníkových dielov z keramiky s vysokou čistotou.
Vo vysokovýkonných elektronických obaloch, vákuových zariadeniach, krytoch senzorov a vysokoteplotných konštrukčných komponentoch, metalizované keramické konštrukcie často odolávajú teplotným šokom a mechanickému zaťaženiu. Vytváranie gradientových rozhraní a nízkych-krehkých fáz pomáha zlepšiť odolnosť voči prasklinám a dlhodobú{4}}stabilitu prevádzky.
Okrem toho optimalizáciou pomeru formulácií a procesu spekania možno ďalej kontrolovať medzifázovú pórovitosť a hrúbku kovovej vrstvy, čím sa dosiahne opakovateľný výkon a stabilná hromadná výroba metalizovaných keramických komponentov.
Trendy technologického rozvoja
Budúci vývoj technológie keramickej metalizácie sa zameria hlavne na tri aspekty: po prvé, ďalšie zníženie teploty pokovovania, aby sa znížila spotreba energie a znížilo sa tepelné namáhanie matrice; po druhé, zlepšenie jednotnosti rozhrania prostredníctvom prášku nanometrov a presnej kontroly zloženia; a po tretie, kombináciou pokročilých metód charakterizácie s cieľom uskutočniť-hĺbkový výskum kinetiky medzifázových reakcií a mechanizmov migrácie skla.
V oblasti špičkových{0}}elektronických obalov a presných konštrukčných komponentov sa požiadavky na hermetickosť a mechanickú pevnosť metalizovanej keramiky neustále zvyšujú. Zlepšením systému aktivátora a procesu spekania sa očakáva, že sa dá zachovať vysoká pevnosť spoja pri znížení nákladov a zlepšení efektívnosti výroby.
kontaktujte nás
Pre ďalšie informácie okeramická metalizáciaprocesov a aplikácií, neváhajte nás kontaktovať, aby sme prediskutovali technické podrobnosti a budúce smerovanie vývoja.
