陶瓷金属化技术

陶瓷金属化技术-钼锰法
新型陶瓷常用的钼锰法工艺流程与被银法基本相似。其金属化烧结多在立式或卧式氢气炉中进行。采用还原气氛,但需要含微量的氧化气体,如空气和水汽等,也可采用H2、N2及H2O三元气体。金属烧结的温度,一般比瓷件的烧成温度低30~100。[钼锰法也是烧结金属粉末法最重要的一种。]
金属件的膨胀系数与陶瓷的膨胀系数尽可能接近,互相匹配,封包陶瓷的金属应有较高的温度系数,封接与陶瓷内的金属应有较低的温度系数。这样,陶瓷保持受压状态。
钼锰法的工艺流程图:
 
1、金属化用的原料的处理与配制
(1)钼粉:使用前先在纯,干的H2气氛中1100 处理,并将处理过的钼粉100g加入500ml无水乙醇中摇动一分钟,然后静置三分钟,倾出上层的悬浮液,在静止数小时使澄清,最后取出沉淀在40 下烘干。
(2)锰粉:电解锰片在钢球磨中磨48小时,以磁铁吸去铁屑,在用酒精漂选出细颗粒。
(3)金属化涂浆的配制与涂制:取100g钼锰金属的混合粉末(钼:锰=4:1),在其中加入2.5g硝棉溶液及适量的草酸二乙酯,搅拌均匀,至浆能沿玻璃棒成线状流下为准。每次使用前如稠度不合适,可再加入少量硝棉溶液或者草酸二乙酯进行调节。涂层厚度为50um。
金属化的机理:锰被水气中的氧气在800下氧化,高温下,熔入玻璃相中,减低其黏度。玻璃相渗入钼层空隙,并向陶瓷坯体中渗透。由于Al2O3在玻璃相中溶解-重结晶过程,因此在界面上往往存在大颗粒的刚玉晶体。氧化锰还能与Al2O3生成锰铝尖晶石,或与SiO2生成蔷薇辉石。
     
钼在高温下烧结成多孔体,同时钼的表面被氧化,并渗入到金属化层空隙的玻璃相中,被润湿和包裹,这样容易烧结,并向瓷体移动。
  冷却后,经书相层就通过过渡区而与瓷坯紧密的结合。由于以上的高温反应在氧化铝瓷和钼  锰金属化层之间形成有一厚度的中间层。金属化层厚度约为50um时,中间层约为30um,金属化层厚度增加,中间层厚度也增加。
雕刻笔2、上镍
  在金属化烧成以后,为改善焊接时金属化层与焊料的润湿性能,许在上面上一层镍,可用涂镍再烧,也可用电镀的方法。
1,烧镍:将镍粉用上述钼粉漂选方法获得细颗粒,并采用和制金属化钼锰浆一样的方法制成镍浆,涂在烧好的金属化层上,厚度为40um,在980干H2气氛中烧结15分钟。
2,镀镍:在金属化层上电镀镍,周期短,电极上采用的镍板纯度为99.52%。
3、焊接
 经金属化并上有镍的陶瓷,与金属焊接在一起,是在干燥H2保护下的立式钼丝炉中进香。与可伐合金焊接时焊料用纯银,与无氧铜焊接时,只能用银铜低共熔合金。
纯银焊料:一般采用0.3mm厚的薄片,或直径0.1mm的银丝,纯度为99.7%,焊接温度为030-1050
           
银铜焊料:也可采用0.3mm厚的薄片,或直径0.1mm的银丝,成分为72.98%银,27.02%铜焊接温度为030-1050
封接陶瓷与各种金属的玻璃焊料封接法技术讲解
 玻璃焊料适合于陶瓷与各种金属合金的封接,特别是强度和气密性要求高的场合。尤其是普遍用于碱金属蒸气灯的制造。在以氧化铝和氧化钙为基的玻璃焊料中,若添加各种氧化物,对焊料性能有不同的影响。
添 加 物   性 能
二氧化硅、氧化锡  玻璃焊料不易析晶,抗碱腐蚀能力下降化尸池
氧化铝过多,或不适当的SrO或MgO  易析晶,抗碱性增强,熔点随之升高,流动性下降
Na2O和B2O3  增加焊料流动性,降低了抗碱性
外墙金属复合板少量Y2O3等稀土氧化物 改善焊料的润湿性
1、工艺过程:通常用于制造碱金属蒸气灯的玻璃焊料有下列系统:
A系:40-50%Al2O3,35-42%CaO,12-16%BaO,1.5- 5%SrO
B系:A系中添加0.5-2%MgO,0.5-2.5%Y2O3
用氧化物和碳酸盐为原料,按质量百分比组成称量,混匀后,在1500左右的高温下保温1.5-2.0小时,充分熔制,快速冷却,粉碎,磨细,制成浆待用。
半透明氧化铝封接件过程图:
 
2、焊料的组成对性能的影响
以氧化铝和氧化钙为基的玻璃焊料,添加各种氧化物,可调节熔点,流动性,润湿性及抗钠腐蚀性能。例如,添加Na2O,B2O3,虽然流动性增大,但降低了抗钠腐蚀性能。
A系和B系的热膨胀系数:100-800时,A系和B系的膨胀系数均比氧化铝大,封接后有所
下降,原因是封接前A系和B系的焊料基本是玻璃相,封接后焊料结晶化。
玻璃镀膜技术
三、非氧化物系陶瓷的固相封接
碳化物、氮化物等非氧化物陶瓷是理想的高温结构陶瓷,但是,陶瓷脆性难以保证在外应力作用下不破坏。因此希望制备陶瓷与金属复合材料。碳化物、氮化物等非氧化物陶瓷多采用固相封接法,即与陶瓷接触的固相由加压、加热法扩大接触面积,使各成分扩散,直至容积扩散而完成粘接。
1、固相封接法的机理:
 
  两个处于相互接触状态的表,在高温压力的作用下,其封接机理不仅很复杂,而且结合状态受很多参数的控制,但大体可分3个阶段:
第一阶段:首先是面的接触,在温度和压力的作用下,初始  表面产生屈服和蠕变变形,然后由表面变化扩大接触面积。
第二阶段:通过变形和表面扩散,界面移动且空洞渐渐消失。    第三阶段:由体积扩散引起界面移动和空洞完全消失。
2、影响封接状态的因素:丝绵机
1温度:影响试样封接的全过程,因为接触面的屈服变形,蠕变,表面扩散,体积扩散,以及界面移动,空隙消除都与温度有关系。
2压力:压力的作用主要对第一阶段的影响。
3时间:时间与压力和温度相配合影响整个过程。
4气氛:因试样的性质选择合适的气氛。
还有要注意选择材料间的热膨胀差的影响,试样表面光滑程度,以及元素扩散速度差的影响。
3、陶瓷的封接形式
金属与陶瓷的封接形式甚多,就其基本结构而言,有对封、压封、穿封三种,几种基本封接形式如图。
 
(1)对封      如图(a)、(b)所示,通过焊封将金属化后的陶瓷端面上。这是一种工艺最简单的封接方式,其实 (b)是一种夹层焊封法,应力是均衡的;图中(a)瓷件在一边则不均衡,如金属件不太厚时,这样也能很好地工作;如金属件过薄,则不宜用直接对封。胎盘提取液
(2)压封      陶瓷与膨胀系数较大的金属如银、铜、镍等焊接时,则应采用如图中(c)所示的外压封,即金属件在外,瓷件在内,加热焊接时,金属套在瓷件外,冷却过程中金属能将瓷件箍紧,以保证足够的强度及气密性。图中(d)是(c)的一种改进,这样可以大大降低焊接前后配合加工的精度要求,使金属件与瓷件间保持弹性结合,封接件可在更大的温度范围内工作,并能承受更大的热冲击作用。
(3)、穿封      当穿封瓷件的金属件的直径较小,例如不大于1cm时,可以直接采用图中(e)所示的实心穿封。这是由于线径小,其膨胀系累计值不大,金属有较好的形变能力,故不易使瓷件炸裂。但如金属件较粗,而与瓷件的膨胀系数又相差较大时,则有将瓷件胀破之虑。所以应改用如图中(f)所示的压穿封。瓷件孔径较大,与金属件之间留有间隙,如将金属压片制成波纹形,还可以承受更大的热变化。  如果元器件本身结构比较简单,则可使用其中之一种,如小型密封电阻、电容、电路基片等。如元器件本身结构比较复杂时,则可使用其中2-3种形式组合而成,如常见的穿心式电容器或绝缘套管等,其焊接方式由(d)+(e)或(d)+(f)组合而成。

本文发布于:2024-09-21 17:47:50,感谢您对本站的认可!

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