Технология за керамична метализация: принципи, процеси и промишлени приложения на Alumina Ceramic Shell

В съвременното прецизно инженерство и електрониката с висока-производителност керамиката често се категоризира като неорганични неметални материали, различаващи се драстично от металите по своите физикохимични свойства. Въпреки това, поради отделните предимства на всеки, инженерната общност спешно се нуждае от технология, която може перфектно да комбинира изолацията и висока-температурна устойчивост на керамиката с електрическата проводимост и заваряемостта на металите. Тази необходимост породи технологията за керамична метализация, която успешно решава предизвикателството за надеждно свързване на два различни материала по отношение на електрически, термични и механични свойства чрез образуване на здрав метален слой върху керамичната повърхност. При производството на високонадеждната алуминиева керамична обвивка, тази технология се превърна в решаващ мост за постигане на сложни функции.

Механизмът на керамичната метализация е изключително сложен, включващ множество химични и физични реакции, пластичен поток от материали и пренареждане на частиците. По време на синтероването оксидите и неметалните оксиди в метализирания слой претърпяват различни химични реакции и дифузионни миграции. С повишаването на температурата тези вещества реагират, за да образуват междинни съединения, които след това образуват течна фаза при достигане на обща точка на топене. В този момент течната стъклена фаза става вискозна и се подлага на пластичен поток, задвижвайки пренареждането на частиците под капилярно действие. Задвижвани от повърхностна енергия, атомите или молекулите дифундират и мигрират, насърчавайки растежа на зърната, постепенно намалявайки и елиминирайки порите, в крайна сметка постигайки уплътняване на метализирания слой. Този прецизен процес е основната основа за производството на високо-качествени метализирани 95% алуминиеви керамични части.

За постигане на високо{0}}качествено метализиращо залепване трябва да се следва строг и прецизен процес. Първата стъпка е предварителна обработка на субстрата, като обикновено се използва диамантена полираща паста за полиране на синтерованата без налягане керамика до оптична гладкост, осигуряваща грапавост на повърхността по-малка или равна на 1,6 микрометра. След това субстратът се потапя в ацетон и алкохол за 20 минути ултразвуково почистване при стайна температура, за да се отстранят старателно повърхностните замърсявания. Тази стъпка е от решаващо значение за осигуряване на адхезията на повърхностния метализиращ слой в следващите алуминиеви керамични Al2O3 части с метализация; дори незначителното замърсяване може да доведе до разрушаване на връзката.

Втората стъпка е подготовката на метализиращата паста. Техниците трябва прецизно да претеглят суровините според специфична формула за метализация и след смилане на топка за определен период от време да приготвят метализираща паста със специфичен вискозитет. Третата стъпка е нанасяне на покритие и сушене, като се използва технология за ситопечат за равномерно нанасяне на пастата върху керамичния субстрат. Дебелината на пастата трябва да бъде строго контролирана; твърде тънък и спойката лесно ще се влее в метализиращия слой, твърде дебел и миграцията на компонентите ще бъде възпрепятствана. Субстратът след оразмеряване трябва да се изсуши във фурна, критична стъпка в подготовката на високо-производителни релейни керамични части и други прецизни компоненти.

Четвъртата стъпка е топлинна обработка, при която изсушеният субстрат се поставя в редуцираща атмосфера за високо-температурно синтероване, като по този начин се образува плътен метализиращ слой върху керамичната повърхност. След тази поредица от строги процеси повърхността на керамичния субстрат придобива способността да бъде запоявана или заварявана към метали. Полученият метализиран керамичен двуалуминиев изолатор не само поддържа отличните електрически изолационни свойства на керамичното тяло, но също така постига добра проводимост и уплътнителни свойства на металната повърхност, позволявайки му да отговори на строгите изисквания на екстремни работни среди.

С бързото развитие на стратегически индустрии като нова енергия, 5G комуникации и космонавтика, пазарното търсене на високо-надеждна метализирана керамика продължава да расте. Независимо дали се използва в метализирани заварени керамични корпуси за високо-волтови DC релета или като ключови изолационни компоненти в захранващи модули, технологията за керамична метализация играе незаменима роля. Особено при производството на DC релейни елементи, тази технология осигурява дългосрочна-стабилна работа на компоненти при високо-напрежение, високи-температурни цикли, демонстрирайки дълбоко дълбоката интеграция на науката за материалите и инженерните процеси.