Технологія металізації кераміки: принципи, процеси та промислове застосування Alumina Ceramic Shell

У сучасному точному машинобудуванні та високо-електроніці кераміку часто відносять до категорії неорганічних-металевих матеріалів, які суттєво відрізняються від металів своїми фізико-хімічними властивостями. Однак через явні переваги кожного з них спільноті інженерів терміново потрібна технологія, яка б ідеально поєднувала ізоляцію та стійкість до високих{3}}температур кераміки з електропровідністю та зварюваністю металів. Ця потреба породила технологію металізації кераміки, яка успішно вирішує завдання надійного з’єднання двох різних матеріалів з точки зору електричних, теплових і механічних властивостей шляхом формування міцного металевого шару на поверхні кераміки. У виробництві високонадійної глиноземної керамічної оболонки ця технологія стала вирішальним мостом для досягнення складних функцій.

Механізм металізації кераміки надзвичайно складний, включає численні хімічні та фізичні реакції, пластичне перетікання матеріалів і перегрупування частинок. Під час спікання оксиди та неметалічні оксиди в металізованому шарі зазнають різноманітних хімічних реакцій і дифузійних міграцій. Коли температура підвищується, ці речовини реагують з утворенням проміжних сполук, які потім утворюють рідку фазу після досягнення загальної температури плавлення. У цей момент фаза рідкого скла стає в’язкою і зазнає пластичного течії, що призводить до перегрупування частинок під дією капілярів. Під впливом поверхневої енергії атоми або молекули дифундують і мігрують, сприяючи зростанню зерна, поступово зменшуючи та усуваючи пори, зрештою досягаючи ущільнення металізованого шару. Цей точний процес є основною основою для виготовлення високоякісних деталей із металізованої алюмінієвої кераміки на 95%-.

Щоб досягти високо-якісного металізованого склеювання, слід дотримуватися суворої та точної послідовності процесів. Першим кроком є ​​попередня обробка основи, як правило, з використанням алмазної полірувальної пасти для полірування спеченої без тиску кераміки до оптичної гладкості, забезпечуючи шорсткість поверхні менше або дорівнює 1,6 мікрометра. Потім підкладку занурюють в ацетон і спирт на 20 хвилин для ультразвукового очищення при кімнатній температурі, щоб ретельно видалити поверхневі забруднення. Цей етап має вирішальне значення для забезпечення адгезії поверхневого металізованого шару в наступних алюмінієвих керамічних деталях Al2O3 з металізацією; навіть незначне забруднення може призвести до порушення зчеплення.

Другий крок - приготування пасти для металізації. Техніки повинні точно зважити сировину відповідно до певної формули металізації та після перемелювання в кульовому млині протягом певного періоду приготувати пасту для металізації з певною в'язкістю. Третій етап — нанесення покриття та сушіння з використанням технології трафаретного друку для рівномірного нанесення пасти на керамічну основу. Товщина пасти повинна строго контролюватися; занадто тонкий, і припій легко затікає в шар металізації, занадто товстий, і міграція компонентів буде утруднена. Підкладку після визначення розміру потрібно висушити в духовці, що є критичним кроком у підготовці високо-керамічних деталей реле та інших точних компонентів.

Четвертий крок — термічна обробка, коли висушену підкладку поміщають у відновну атмосферу для високо-температурного спікання, таким чином утворюючи щільний металізований шар на поверхні кераміки. Після цієї серії суворих процесів поверхню керамічної підкладки набуває здатності паяти або зварювати з металами. Отриманий металізований керамічний глиноземний ізолятор не тільки зберігає відмінні електроізоляційні властивості керамічного корпусу, але також забезпечує хорошу провідність і ущільнювальні властивості металевої поверхні, що дозволяє йому відповідати суворим вимогам екстремальних робочих середовищ.

Зі швидким розвитком таких стратегічних галузей, як нова енергетика, зв’язок 5G і авіакосмічна промисловість, ринковий попит на високо-металізовану кераміку продовжує зростати. Незалежно від того, чи використовується вона в металізованих зварних керамічних корпусах для реле постійного струму високої-напруги чи як ключових ізоляційних компонентів у модулях живлення, технологія металізації кераміки відіграє незамінну роль. Особливо у виробництві релейних елементів постійного струму ця технологія забезпечує довгострокову-стабільну роботу компонентів під високою-напругою та високими-температурними циклами, демонструючи глибоку інтеграцію матеріалознавства та технології виробництва.