Keramisk metalliseringsteknologi: principper, processer og industrielle anvendelser af aluminiumoxid keramisk skal

I moderne præcisionsteknik og højtydende elektronik kategoriseres keramik ofte som uorganiske ikke-metalliske materialer, der adskiller sig drastisk fra metaller i deres fysisk-kemiske egenskaber. Men på grund af de forskellige fordele ved hver enkelt, har ingeniørsamfundet et presserende behov for en teknologi, der perfekt kan kombinere keramikkens isolerende og høje-temperaturmodstand med metallers elektriske ledningsevne og svejsbarhed. Dette behov har givet anledning til keramisk metalliseringsteknologi, som med succes løser udfordringen med pålideligt at forbinde to forskellige materialer med hensyn til elektricitet, termiske og mekaniske egenskaber ved at danne et robust metallag på den keramiske overflade. Ved fremstillingen af ​​den yderst pålidelige aluminiumoxid keramiske skal er denne teknologi blevet en afgørende bro for at opnå komplekse funktioner.

Mekanismen for keramisk metallisering er ekstremt kompleks, der involverer flere kemiske og fysiske reaktioner, plastisk strømning af materialer og partikelomlægning. Under sintring gennemgår oxider og ikke-metalliske oxider i det metalliserede lag forskellige kemiske reaktioner og diffusionsvandringer. Når temperaturen stiger, reagerer disse stoffer og danner mellemforbindelser, som derefter danner en flydende fase, når de når et fælles smeltepunkt. På dette tidspunkt bliver den flydende glasfase viskøs og gennemgår plastisk strømning, hvilket driver partikelomlejring under kapillarvirkning. Drevet af overfladeenergi diffunderer atomer eller molekyler og migrerer, fremmer kornvækst, reducerer og eliminerer gradvist porer, hvilket i sidste ende opnår fortætning af det metalliserede lag. Denne præcise proces er kernefundamentet for fremstilling af høj-kvalitet metalliserede 95 % aluminium keramiske dele.

For at opnå metalliseringsbinding af høj-kvalitet skal et stringent og præcist procesflow følges. Det første trin er substratforbehandling, typisk ved hjælp af diamantpoleringspasta til at polere den trykløse sintrede keramik til optisk glathed, hvilket sikrer en overfladeruhed på mindre end eller lig med 1,6 mikrometer. Substratet nedsænkes derefter i acetone og alkohol i 20 minutters ultralydsrensning ved stuetemperatur for grundigt at fjerne overfladeurenheder. Dette trin er afgørende for at sikre vedhæftningen af ​​overflademetalliseringslaget i efterfølgende aluminiumoxidkeramiske Al2O3-dele med metallisering; selv mindre forurening kan føre til bindingssvigt.

Det andet trin er fremstillingen af ​​metalliseringspastaen. Teknikere skal præcist veje råvarerne i henhold til en bestemt metalliseringsformel og efter kuglefræsning i en vis periode forberede en metalliseringspasta med en bestemt viskositet. Det tredje trin er belægning og tørring ved hjælp af serigrafiteknologi til at påføre pastaen jævnt på det keramiske substrat. Pastatykkelsen skal være strengt kontrolleret; for tyndt og loddemetal vil let flyde ind i metalliseringslaget, for tykt og komponentmigrering vil blive forhindret. Substratet efter limning skal tørres i en ovn, et kritisk trin i forberedelsen af ​​højtydende relækeramiske dele og andre præcisionskomponenter.

Det fjerde trin er varmebehandling, hvor det tørrede substrat placeres i en reducerende atmosfære til høj-temperatursintring, hvorved der dannes et tæt metalliseringslag på den keramiske overflade. Efter denne serie af strenge processer opnår den keramiske substratoverflade evnen til at blive loddet eller svejset til metaller. Den resulterende metaliserede keramiske aluminiumoxidisolator bevarer ikke kun den keramiske krops fremragende elektriske isoleringsegenskaber, men opnår også en god ledningsevne og tætningsegenskaber af metaloverfladen, hvilket gør den i stand til at opfylde de strenge krav i ekstreme arbejdsmiljøer.

Med den hurtige udvikling af strategiske industrier såsom ny energi, 5G-kommunikation og rumfart fortsætter markedets efterspørgsel efter høj-pålidelig metalliseret keramik med at vokse. Uanset om det bruges i metalliserede svejsede keramiske huse til højspændings-DC-relæer eller som vigtige isoleringskomponenter i strømmoduler, spiller keramisk metalliseringsteknologi en uerstattelig rolle. Især ved fremstillingen af ​​DC-relæelementer sikrer denne teknologi den langsigtede-stabile drift af komponenter under høj-spænding, høj-temperatur, hvilket dybt demonstrerer den dybe integration af materialevidenskab og procesteknik.