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.:: AIz03陶瓷的应用和金属化 ::.
来自:章丘隆鑫刚玉  发布于:2013-1-27
 

    A12()3陶瓷的应用非常广泛,如真空电容器的陶瓷管壳、大功率栅控金属陶瓷管、各种陶瓷基片、半导体集成电路陶瓷封装管壳、微波管的陶瓷管壳、陶瓷基片及多层布线封装管壳、电子管管壳及装置件等电真空器件、在高频和微波等条件下工作的元器件等。例如,通常采用95A12()3陶瓷制作管壳的真空电容器,由于该管内的真空作为电容器的介质,其电特性的环境稳定性非常高,该电容器的击穿电压比极板间距相同的空气电容器的击穿电压高约10倍,所以具有体积比空气电容器小,质量轻的特点。由于真空的介质损耗几乎为零,特别适合应用于高频。此外,A12()。陶瓷还广泛用于纺织、机械、电力、国防、石油等很多领域。

    玻璃最早用作电子管管壳,但玻璃的介质损耗大且随温度升高而较快增大,即使电子管的功率较低,当工作频率超过2 000 MHz时,玻璃就有软化或爆破的危险发生。目前,高功率电子管管壳多采用95A1。嘎陶瓷等制作。由于AL.Q陶瓷具有机械强度高、绝缘性能好、抗电强度高、耐高温、高频下的介质损耗小、抗热震性能好等优良性能,构成的电子管的排气和除气的温度高,因此排气较彻底,充分发挥了A上Q陶瓷优良性能的作用。用于雷达微波通信等方面产品的零部件,主要采用95 AkQ陶瓷制作,连结微波管和波导管的输能窗多采用介质损耗很小的99 A12Q陶瓷制作。A120。陶瓷在航空和航天等其他方面的新材料和新应用产品的研究和开发,如纳米A12q陶瓷和复合材料的研究受到国内外科技和企业界的高度重视。

    A12 03陶瓷在电子等方面的应用往往涉及金属化的问题。如A120~陶瓷部件与其他金属部件的钎焊封接时需要预先进行表面金属化,即采用适当的方法在陶瓷部件的表面形成与陶瓷牢固结合的、且能与某些金属实现良好钎焊封接的适当金属层。这种在陶瓷部件的表面形成牢固结合的适当金属层的工艺称为陶瓷的金属化。如A12q电真空陶瓷多采用钼锰法金属化,金属化涂层再经镀镍后,采用银铜焊料进行钎焊封接。常用的银铜焊料为A∥Cu一72/28共晶钎料,其熔融温度与该组成点的低共熔温度779~C相应。研究工作表明:MoMn金属化涂层中的Mn明显向A1203陶瓷内扩散.该涂层与AIz(b陶瓷间的过渡层中Mn的浓度相当高;金属化涂层中的主要金属Mo未出现明显的扩散·即未向A1203陶瓷、镍镀层和银铜钎层内明显地扩散;A12q陶瓷中的熔剂类氧化物向MoMn金属化涂层中的扩散相当明显。研究工作表明,在金属化烧成或封接工艺过程中,MoMn金属化涂层的Mn部分被氧化成MnO,高温时与涂层和陶瓷中的CaO、si0。和A1zU反应形成玻璃相,其中的一部分与A120~结合形成MnO·AlzO:~尖晶石,而Alz(-)3陶瓷的熔体和涂层中熔体的相互扩散使该玻璃相填充了涂层中海绵状多孔的Mo烧结体的孔隙,该结构使陶瓷和金属实现了很强的结合,即完成了陶瓷的金属化。由Alz(X陶瓷的金属化机理可知,AIzU陶瓷的玻璃相向MoMn金属化涂层中的渗透对金属化的结果,即陶瓷与金属问结合强度和保证金属陶瓷的高封接强度是非常关键的。如图3 14所示,A12鸭陶瓷的实际金属化和封接结果表明,AIzQ含量高于90%的A12q陶瓷中的熔剂类氧化物的含量高时,其金属化封接强度也高。~:Q陶瓷中的熔剂类氧化物的组成不同也影响金属化封接强度。如图3  15所不的CaC~MgO AIzq—slQ系94 A1203陶瓷中的熔剂类氧化物的含量为6%的A、B、c三种瓷料的熔剂组成对金属化封接强度的影响(A组瓷料的配方为:94%AlzO~、4.5%Si()z、0.5%ca()和1.0%MgO,平均粒径为6.3,urn;B组瓷料的配方为:94%Alz0,、3.0%SiO,、2.o%CaO和1.0蹦MgO,平均粒径为7.1 pm;c组瓷料的配方为:94%Al,q、1.5%SiOz、3.0%CaO和3.O%MgO,平均粒径为6.1lind。从图可知,熔剂组成中熔剂组成的si0:/CaO比值越大,金属化封接强度越高。组成相同的Alz 03陶瓷(配方c、D和E均为94%AlzO~、1.5%siq、1.5%CaO和3.o%MgO),但工艺条件不同,平均粒径分别为6.1”m、14.7 pm和134.6/,tm,采用的金属化浆料为Mo/Mn一80/20,由于这三种瓷体的平均粒径不同,当金属化温度不同时,金属化封接强度也不同,如图3—16所示。

实验还表明,若金属化温度一定时,瓷体的平均粒径大小与金属化封接强度成正比,如图3—17所示,但平均粒径一般应控制在小于30 p.m。

    一般95A1203电真空陶瓷进行封接用的金属化浆料配方为:65%Mo粉、17.55%Mn粉、17.55%94 A1203陶瓷粉,外加20%结合剂。结合剂为醋酸丁酯的硝化棉溶液,金属化温度为l 530%。为了保证金属化封接强度,Alaq电真空陶瓷金属化涂层的厚度通常控制在50 gm左右。钎焊或封接温度必须严格控制,防止温度过高时玻璃相向镍镀层大量扩散而影响封接强度和封接质量。通常采用含适量水蒸气的氢气作为金属化封接的气氛,有利于提高金属化封接的质量。


 
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