Keramisk metalliseringsteknik: principer, processer och industriella tillämpningar av aluminiumoxid keramiskt skal

I modern precisionsteknik och högpresterande elektronik kategoriseras keramik ofta som oorganiska icke-metalliska material, som skiljer sig drastiskt från metaller i sina fysikalisk-kemiska egenskaper. Men på grund av de distinkta fördelarna med var och en behöver ingenjörssamfundet omgående en teknik som perfekt kan kombinera den isolerande och höga-temperaturbeständigheten hos keramer med den elektriska ledningsförmågan och svetsbarheten hos metaller. Detta behov har gett upphov till keramisk metalliseringsteknik, som framgångsrikt löser utmaningen att på ett tillförlitligt sätt koppla samman två olika material vad gäller elektricitet, termiska och mekaniska egenskaper genom att bilda ett robust metallskikt på den keramiska ytan. Vid tillverkningen av det mycket pålitliga aluminiumoxidkeramiska skalet har denna teknik blivit en avgörande bro för att uppnå komplexa funktioner.

Mekanismen för keramisk metallisering är extremt komplex och involverar flera kemiska och fysikaliska reaktioner, plastiskt materialflöde och partikelomläggning. Under sintring genomgår oxider och icke-metalliska oxider i det metalliserade lagret olika kemiska reaktioner och diffusionsmigrationer. När temperaturen stiger reagerar dessa ämnen och bildar mellanliggande föreningar, som sedan bildar en flytande fas när de når en gemensam smältpunkt. Vid denna tidpunkt blir den flytande glasfasen viskös och genomgår ett plastiskt flöde, vilket driver partikelomlagring under kapillärverkan. Drivna av ytenergi diffunderar atomer eller molekyler och migrerar, främjar korntillväxt, minskar och eliminerar gradvis porer, vilket slutligen uppnår förtätning av det metalliserade lagret. Denna exakta process är kärnan för tillverkning av metalliserade keramiska delar av 95 % aluminium av hög- kvalitet.

För att uppnå metalliseringsbindning av hög-kvalitet måste ett rigoröst och exakt processflöde följas. Det första steget är substratförbehandling, vanligtvis med diamantpolerpasta för att polera den trycklösa sintrade keramiken till optisk jämnhet, vilket säkerställer en ytråhet på mindre än eller lika med 1,6 mikrometer. Substratet nedsänks sedan i aceton och alkohol under 20 minuters ultraljudsrengöring vid rumstemperatur för att noggrant avlägsna ytorenheter. Detta steg är avgörande för att säkerställa vidhäftningen av ytmetalliseringsskiktet i efterföljande aluminiumoxidkeramiska Al2O3-delar med metallisering; även mindre föroreningar kan leda till bindningsfel.

Det andra steget är beredningen av metalliseringspasta. Tekniker måste exakt väga råvarorna enligt en specifik metalliseringsformel och efter kulfräsning under en viss period förbereda en metalliseringspasta med en specifik viskositet. Det tredje steget är beläggning och torkning, med hjälp av screentryckteknik för att jämnt belägga pastan på det keramiska underlaget. Pastatjockleken måste kontrolleras strikt; för tunt och lod kommer lätt att flyta in i metalliseringsskiktet, för tjockt och komponentmigrering kommer att hindras. Substratet efter limning måste torkas i en ugn, ett kritiskt steg i beredningen av högpresterande reläkeramiska delar och andra precisionskomponenter.

Det fjärde steget är värmebehandling, där det torkade substratet placeras i en reducerande atmosfär för hög-temperatursintring och därigenom bildar ett tätt metalliseringsskikt på den keramiska ytan. Efter denna serie rigorösa processer får den keramiska substratytan förmågan att lödas eller svetsas till metaller. Den resulterande metalliserade keramiska aluminiumoxidisolatorn upprätthåller inte bara de utmärkta elektriska isoleringsegenskaperna hos den keramiska kroppen, utan uppnår också god ledningsförmåga och tätningsegenskaper hos metallytan, vilket gör det möjligt för den att uppfylla de stränga kraven i extrema arbetsmiljöer.

Med den snabba utvecklingen av strategiska industrier som ny energi, 5G-kommunikation och flygindustrin fortsätter marknadens efterfrågan på metalliserad keramik med hög-tillförlitlighet att växa. Oavsett om det används i metalliserade svetsade keramiska höljen för hög-likströmsreläer eller som viktiga isolerande komponenter i kraftmoduler, spelar keramisk metalliseringsteknik en oersättlig roll. Speciellt vid tillverkning av DC-reläelement säkerställer den här tekniken den långsiktiga-stabila driften av komponenter under hög-växling med hög-temperatur, vilket djupt demonstrerar den djupa integrationen av materialvetenskap och processteknik.