氧化铝陶瓷及其金属化技术课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,氧化铝陶瓷及其金属化技术,第1页，共18页。,氧化铝陶瓷及其金属化技术第1页，共18页。,1,主讲内 容,氧化铝陶瓷配方组成、结构与性能,01,02,金属化浆料配方组成、结构与性能,03,金属化陶瓷,-,放电管的生产工艺,04,产品的性能与质量检测方法,05,对金属化陶瓷产品质量的评价,第2页，共18页。,主讲内 容氧化铝陶瓷配方组成、结构与性能0102金属化浆,2,一、氧化铝陶瓷组成、结构及性能,国内外实用化和配方采用的氧化铝陶配方体系有两种,:1.,美、,苏配方体系；,2.,德日配方体系；,3.,韩国配方体系,美国、苏联,日本、德国,韩国,陶瓷,93-95%,Al2O3,钙铝硅三元系,92-96%,Al2O3,钙镁铝硅四元系,93-95%,Al2O3,镁铝硅三元系,晶相,晶粒范围,2.5-45um,平均晶粒,15um,气孔率高,晶粒范围,5-25um,平均晶粒,12um,气孔率低,晶粒范围,3-15um,平均晶粒,8um,气孔率低,性能,与,MoMn,金属浆料匹配性好，与金属结合好，但瓷体密度、强度低，气密性差、性能分散,适合于金属化，与金属结合好，瓷体密度、强度高，气密性好、但对,MoMn,浆要求较高,相对难于金属化，与金属结合好，瓷体密度、强度高，气密性非常好，性能集中,强度,封接平均强度高，大于,400MPa,但较分散,封接平均强度高，大于,400MPa,且较均匀,封接平均强度中，大于,300MPa,但拉力集中,备注,我国放电管通用配方体系,我国真空管、磁控管通用配方体系,第3页，共18页。,一、氧化铝陶瓷组成、结构及性能国内外实用化和配方采用的氧化铝,3,附件,1,：,(,放电管,)95%,陶瓷金属化结合层剖面图,第4页，共18页。,附件1：(放电管)95%陶瓷金属化结合层剖面图第4页，共18,4,附件,2,：氧化铝粉体及,93%,瓷体,SEM,第5页，共18页。,附件2：氧化铝粉体及93%瓷体SEM第5页，共18页。,5,成型分干压、等静压、热压铸三种成型方法，对比见下表,颗粒苹果形，分布范围较宽；,制浆：将氧化铝粉料和烧结助剂加成型添加剂进行研磨混合调节有一定流动性液体,晶粒范围3-15um,平均晶粒8um,气孔率低,与陶瓷表面匹配性好，断裂面为陶瓷层；,3-10um，完整、连续、不均匀,陶瓷金属化厚度及其均匀性对封接强度和气密性有显著影响，一般金属化厚度要在16-20um，且完整、连续、均匀。,氧化铝陶瓷配方组成、结构与性能,适应尺寸较大、密度要求较高的产品；,不同材质粉体的介电常数、抗折强度、致密性、绝缘强度等性能对比,93-95%Al2O3,晶粒范围3-15um,平均晶粒8um,气孔率低,工艺说明3：排蜡及白瓷烧结,二、金属化浆料配方组成、结构与性能,金属化浆料均为,MoMn AlSi,体系，但为了与陶瓷相匹配，其组成与金属粉体选择与陶瓷组成、结构相一致。,美国、苏联,日本、德国,韩国,金属化组成,MoMn AlSi,体系,Mo,占,50-65%,MoMn AlSi,体系,Mo,占,70-80%,MoMn AlSi,体系,Mo,占,60-70%,MoMn,层结构,晶粒范围,0.5-10um,平均晶粒,3-5um,玻璃相、气孔率占,25%,左右；,MoMn,层厚度,20-45um;,完整、连续、不均匀,晶粒范围,0.5-5um,平均晶粒,2-3um,玻璃相、气孔率占,20%,左右,MoMn,层厚度,15-30um,；完整、连续，较均匀,晶粒范围,0.3-3um,平均晶粒,1-1.5um,玻璃相、气孔率占,25%,左右;,MoMn,层厚度,15-20um,；完整、连续、均匀,Ni,层,3-10um,，完整、连续、不均匀,3-5um,，,完整、连续、较均匀,2-3um,，,完整、连续、均匀,性能,与陶瓷表面匹配性好，断裂面为陶瓷层；气密性差、拉力分散。,与陶瓷结合好，断裂面为陶瓷金属层，气密性好、拉力较集中,与陶瓷结合好，结合层致密，断裂面为金属层，气密性非常好，性能集中,备注,我国通用浆料配方,我国正在改进的浆料配方,第6页，共18页。,成型分干压、等静压、热压铸三种成型方法，对比见下表二、金属化,6,附件,3,：金属粉,SEM,分析,金属粉,纯度,SEM,照片,Mo,粉,99.5%,晶粒大小,3-10um,，片状为主,Mn,粉,99.5%,晶粒大小,1-2um,，球形为主。,第7页，共18页。,附件3：金属粉SEM分析金属粉纯度SEM照片Mo粉99.5%,7,三、金属化陶瓷,-,放电管生产工艺,粉料,+,烧结助剂,研磨造粒干压烧结端面研磨 或热压铸工艺生产,清洗白瓷检验印刷,MoMn,浆料干燥保护气氛烧结活化镀,Ni,成品检验包装,备注：,1.,粉料应选用低钠,0.05%,以下，原晶,2-3um,，转化率大于,96%,的氧化铝粉。,Mo,粉粒度应选用,2-3um,较均匀球形粉（国内,Mo,粉达不到此要求）。,2.,关键工序详细工艺说明如下。,第8页，共18页。,三、金属化陶瓷-放电管生产工艺 粉料+烧结助剂研磨造,8,工艺说明1：粉料及造粒,制浆：将氧化铝粉料和烧结助剂加成型添加剂进行研磨混合调节有一定流动性液体,造粒：分压力式（高压喷嘴雾化）和离心式（高速旋转盘雾化）,压力式造粒料特点：颗粒粗,100-300um,（,60-150,目）；颗粒苹果形，分布范围宽；流动性差,70S,，适合于压制大型产品。,压力式造粒料特点：颗粒粗,100-300um,（,50-150,目）；颗粒苹果形，分布范围较宽；流动性差,70-75S,，适合于压制大型产品。,离心式造粒料特点：颗粒细,80-180um,（,80-200,目）；颗粒球形，分布范围窄；流动性好,60-65S,，适合于压制小型产品。,均混：为确保压制密度及收缩的一致性，造粒料需要分级和均混，均混过程中加入一定量的脱膜剂，防止粘膜。,註：生产放电管应采用离心式造粒粉料，粒子小而均匀，流动性好，避免压制壁薄产品时缩腰。,第9页，共18页。,工艺说明1：粉料及造粒制浆：将氧化铝粉料和烧结助剂加成型添加,9,工艺说明2：成型,成型分干压、等静压、热压铸三种成型方法，对比见下表,对比项目,干压成型,等静压成型,热压铸成型,其他,适应性,适应形状相对简单，精度要求较高，密度较好的中小型产品,适应尺寸较大、密度要求较高的产品；对于异形产品成型后还要进行坯体加工。,适应形状相对复杂，对产品精度、密度等性能要求不高的中小型产品。,产品质量、性能,尺寸精度高、一致性好、良率高。,产品密度高、强度等各方面性能较佳,密度高，产品质量决定于后加工水平,尺寸精度差、较分散、密度低，有微气孔。合格率较低,成本,压机模具投资大，但效率高，可一次性烧结,设备投资大，效率低，不适合规模化生产,设备、模具投资少，但效率低，需要两次烧结,备注,适合于生产放电管,适合于生产真空开关管,传统放电管生产工艺,第10页，共18页。,工艺说明2：成型成型分干压、等静压、热压铸三种成型方法，对比,10,工艺说明3：排蜡及白瓷烧结,排蜡：对于热压铸成型坯体由于加入了,12-15%,左右的有机物必须在烧结前进行预处理，否则烧结产品会出现气泡、开裂和变形。对于干压和等静压坯体由于加入,2%,左右的有机物，因此，不需要单独排胶处理只要在白瓷烧结炉前段增设一排胶区或升温时在,200-600,度延长,2-3,小时即可。,烧结：氧化铝陶瓷烧结，由于烧结温度高,1600,度以上，中性或氧化气氛烧结，因此一般采用电推板窑和气烧梭式窑以及气烧隧道窑。由于梭式窑截面较大，且为间歇式窑炉，烧结温差比较大。对于生产规模较大的厂家建议使用电推板窑，以确保产品的一致性。,金属化陶瓷烧结比实际烧结温度高出,30-50,度，使刚玉晶粒长大,至,10-20um,，学术上叫,“,过烧,”,，再经表面处理均匀粗化后以与金属颗粒相匹配。,所以，陶瓷烧结后的断面检查是非常必要的。,为确保烧结产品不开裂、不起泡，应在,200-600,度区间设置排胶区（电炉要装置循环热风）。,第11页，共18页。,工艺说明3：排蜡及白瓷烧结排蜡：对于热压铸成型坯体由于加入了,11,工艺说明4：研磨与清洗,研磨的目的主要是使,瓷体端面变得平整，便于后道印刷，另外，使其表面均匀粗化使其更好地与金属相结合。,研磨要采用两级研磨，先采用,400,目的金刚砂粗磨，再用,1200,目的细金刚砂细磨。不可以用,200,目以下的粗砂，防止损坏瓷体表面（产生微裂纹或凹坑）。,清洗时加入少量草酸以清除污渍和少量玻璃相。,第12页，共18页。,工艺说明4：研磨与清洗研磨的目的主要是使瓷体端面变得平整，便,12,工艺说明5：陶瓷金属化,1.,涂浆：涂浆的方法分手工涂浆和丝网印刷两种，一般,采用丝网印刷为主（可以控制厚度及其均匀性）。,2.,陶瓷金属化厚度及其均匀性对封接强度和气密性有显著影响，一般金属化厚度要在,16-20um,，且完整、连续、均匀。太薄会导致金属层不完整、不连续；太厚会由于膨胀系数差异导致金属层剥落。,3.,金属化烧结要控制温度在,1450,度左右，气氛一般采用,20%,左右的,H2,气为佳，且尽量使用连续式炉,且进出口采用气氛转换保护装置,，防止产品出口氧化和气氛不稳定。,4.,镀,Ni(,陶瓷二次金属化,),：分化学镀和电镀，建议采用电镀镍质量比较稳定，一致性较好。电镀前，要用浓度为,50%,的盐酸浸泡产品一定时间除去金属化层表面氧化物，电镀时，调节镀液温度,PH,值、电流密度，采用低电流和小镍球电镀，这样镀层密度高且连续。,第13页，共18页。,工艺说明5：陶瓷金属化1.涂浆：涂浆的方法分手工涂浆和丝网印,13,四、产品的,质量,与,性能指标,检测方法,序号,检测项目,检测内容,检测方法,检测标准,1,尺寸,高度，内、外径，圆度,千分尺,2,外观,端面平整及金属化层均匀性、变形、缺损、气孔、斑点等,10,倍放大镜,3,Al2O3,含量,92-95%,4,密度,3.60-3.65,5,剖片检查,陶瓷晶粒、金属,Mo,晶粒、金属陶瓷接合面致密性、金属层厚度、,Ni,层厚度,将陶瓷管壳剖开并进行研磨，用,SEM,或,800,倍光学显微镜观察,6,封接强度,拉力,ASTM,规范,7,气密性,封接后是否漏气,ASTM,规范,8,可焊性,检查金属化烧结时是否氧化,用镀好镍的样品,12,只埋入,250,度的锡槽中,3,秒,检查金属化面是否均匀涂上锡糕,均匀挂锡,9,绝缘强度,ASTM,规范,9.85KV/mm,10,体积电阻率,ASTM,规范,0.002,11,抗弯强度,ASTM,规范,最小,250MPa,12,耐热冲击,200,至水中,通过,第14页，共18页。,四、产品的质量与性能指标检测方法序号检测项目检测内容检测方,14,第二部分：交流与讨论,不同材质粉体的介电常数、抗折强度、致密性、绝缘强度等性能对比,见京瓷氧化铝材料特性表（可在网上下载）。一般,93-95%,氧化铝瓷特性差异性不大，比重,3,，膨胀系数,10,-6,，,介电常、抗折强度大于,250MPa,、绝缘强度,1610,6,V/m,。,但与各生产厂的配方和工艺有很大关系。,第15页，共18页。,第二部分：交流与讨论不同材质粉体的介电常数、抗折强度、致密性,15,我国正在改进的浆料配方,封接平均强度高，大于400MPa,且较均