CN101224997A - 陶瓷二次金属化的方法 - Google Patents

Abstract

一种陶瓷二次金属化的方法，属于陶瓷金属化加工技术领域。包括的步骤：调配二次金属化镍膏剂，按重量份比称取镍粉、粘结剂，放入装有玛瑙球的球磨罐中，将球磨罐置于球磨机上进行球磨，并控制球磨机的频率及球磨时间，球磨结束后将玛瑙球分离，得到镍膏剂；印刷镍膏剂，采用印刷的方式将镍膏剂印刷到经过一次金属化烧结后的陶瓷基体的钼－锰层表面，并控制印刷厚度，得到覆镍层的陶瓷基体；烘干、烧结，先将覆镍层的陶瓷基体烘干，然后装入容器送至烧结，得到覆固有镍层的陶瓷二次金属化陶瓷器件成品。优点：能保障合格率、控制成本而满足批量化生产要求；于环境、于职工健康俱为有益；能使二次金属化后的陶瓷基体发挥出优异的封接效果、抗拉强度理想。

Description

陶瓷二次金属化的方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷二次金属化的方法，用于对已经完成了一次金属化的作为微波炉磁控管阴阳极组件的陶瓷基体的至少一端端面覆镍，使覆镍后的陶瓷基体更有效地与金属如可伐合金进行封接，属于陶瓷金属化加工技术领域。

背景技术

由于对用作微波炉磁控管的金属化陶瓷器件的加工与对诸如放电管、真空开关管、电子器件、探测传感器等的加工相比，不论是技术质量要求方面还是在成本控制要求方面难度均要大得多，因此，及至目前，我国虽有屈指可数的厂商涉足微波炉磁控管的金属化陶瓷器件的生产，但未有规模化的突破。鉴此，因我国对微波炉磁控管用金属化陶瓷器件仍主要依赖于向外国如韩国、日本等进口，从而带来了许多制约因素，如价格昂贵，产业难于自主。

陶瓷二次金属化的目的是旨在改善焊料在金属化表面的流散性和防止液态焊料对金属化层的侵蚀，通常的做法是在完成烧结的金属化表面镀镍层，藉以覆盖多孔的钼-锰金属化层，并形成光滑的可焊表面。良好的二次金属化质量能为陶瓷与金属封接组件之间获得较高的封接强度提供技术保障。

传统的亦为目前我国企业所使用的陶瓷二次金属化的方法是：先在已经完成烧结的金属表面镀镍，获得镀镍层；然后将镀镍层后的陶瓷置于氢气氛中，以950°左右烧结15-25min，即烧结镍层。通过烧结，可使镍层与一次金属化层即钼-锰层结合牢固。该方法存在有以下不足：其一，由于采用电镀方法镀镍，镍层厚度仅为十分微薄的2-4um，因此在烧氢时极易起皮、起泡、残次多、合格率低、成本高，而若不进行烧结，直接与金属如可伐合金封接(钎焊)，则又会造成焊接不良、漏气、影响微波炉磁控管的产品质量；其二，由于是采用电镀方式镀镍，因此对环境污染严重，并且镀液有损职工健康；之三，2-4um的微薄的镀镍层难以保障与可伐合金的封接强度，对此申请人通过对日、韩产品的覆镍层进行了测定，镍层厚度通常在6-8um，而且还表明具有这种厚度的镍厚不仅在烧氢时不易起泡、不易起皮，此外还能表现出与金属封接的可靠的封接强度。

本申请人经过了历时三年多的探索、研究，认为，造成镍层差异及产品合格率低的主要原因在于我国的包括镀镍配方在内的电镀镍技术与国外如日、韩、美的水平存在一定距离，而国外又恰恰并不公开该种技术，目前比较常见的镀镍配方由下表所列。

表1

成分 含量(g/l)	1#配方	2#配方
			硫酸镍NiSO4·7H2O	140-150	250-300
硫酸钠Na2SO4·10H2O	40-50	氯化镍NiCL2·6H2O 30-60
			硫酸镁MgSO4	25-30	-
硼酸H3BO3	20-25	35-40
			氯化钠NaCL	5-10	润湿剂0.05-0.1
pH	5-6	3-4
			温度T(℃)	室温	45-60
电流密度I(A/dm2)	0.5	1-2.5

表2

成分 含量(g/l)	1#配方	2#配方
			氨基磺酸镍Ni[NH2SO3]2·7H2O	450	270-330
氯化镍NiCL2·6H2O	-	15-30
			硼酸H3BO3	30	30-45
润湿剂	0.05	-
			pH	3.5-5.0	3.5-4.2
温度T(℃)	38-60	室温

表1所列的两种配方是我国国内目前常用的二次金属化电镀工艺配方。1#配方室温操作，简单易行，但是电流密度小，沉积速度慢，效率低；2#配方主盐浓度高，电流密度大，沉积速度快，效率较高，但是要加温操作，酸度高，镀液挥发比较严重，容易对职工的健康造成危害。

表2所列的两种配方是目前在国内兴起的氨基磺酸盐镀镍工艺配方，具有沉积速度快，效率高，镀层内应力低、孔隙小的特点，但是镀液酸度高，镀液的成分价格较贵，成本较高。

上述几种镀镍配方，都是在酸性条件下操作，生产过程中均存在不同程度的镀液挥发，危害操作职工的身体健康。此外，每次镀完后的产品还需要大量的去离子水冲洗，排出的污水中含水量有镍离子、硫酸根离子、氯离子等有害物质，需要建专门的污水处理系统才可以。另外，镍的价格较高，而电镀镍过程中，镍的利用率不高，大部分的镍镀在了钢珠等陪镀物上，成本高。而且镀镍层太薄，烧氢后易起皮、起泡，产品合格率比较低。

通过申请人对上述现状的客观说明，应当知道采用电镀镍对陶瓷二次金属化并不是一种优选的技术手段，而之所以使用至今，则纯属是一种在无其它可借鉴的技术教导之前的不得已而为之的被动之举。鉴此，有必要站在产业自主的角度突破蒂固根深的传统思维定式的羁绊，下面将要介绍的技术方案便是基于这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务是要提供一种烧结时不会起皮、起泡而有助于提高合格率及降低成本藉以满足产业化批量生产要求的、无损环境的、能确保陶瓷基体与金属例如可伐合金封接强度理想的陶瓷二次金属化的方法。

本发明的任务是这样来完成的，一种陶瓷二次金属化的方法，它包括以下步骤：

A).调配二次金属化镍膏剂，按重量份比称取镍粉1份，粘结剂0.25-0.35份，放入装有玛瑙球的球磨罐中，将球磨罐置于球磨机上进行球磨，并且控制球磨机的频率及球磨时间，球磨结束后将玛瑙球分离，得到用于印刷的镍膏剂；

B).印刷镍膏剂，采用印刷的方式将镍膏剂印刷到经过一次金属化烧结后的陶瓷基体的钼-锰层表面，并且控制印刷厚度，得到覆镍层的陶瓷基体；

C).烘干、烧结，先将覆镍层的陶瓷基体烘干，然后装入容器送至烧结，得到覆固有镍层的陶瓷二次金属化陶瓷器件成品。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A)中所述的玛瑙球与所述的镍粉的重量比为1∶1，所述的玛瑙球的直径为3-10mm。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的镍粉为不同颗粒级配的镍粉，所述的不同颗粒极配的镍粉包括粗颗粒镍粉和细颗粒镍粉。

在本发明的还一个具体的实施例中，所述的粗颗粒镍粉与细颗粒镍粉的重量份比为0.50-0.90∶0.10-0.50。

在本发明再一个具体的实施例中，所述的粗颗粒镍粉的颗粒度D50＝3-6um；而所述的细颗粒镍粉的颗粒度D50＝1.0-3um。

在本发明的又一个具体实施例中，步骤A)中所述的粘结剂为松油醇与纤维素调制而成的粘结剂，其中，松油醇与纤维素的重量份比为0.1-0.3∶0.01，所述的纤维素为乙基纤维素。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤A)中所述的控制球磨机的频率及球磨时间分别为20-35Hz、15-25h；所述的分离为滤网分离。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤B)中所述的印刷为丝网印刷，而所述的经过一次金属化烧结后的陶瓷基体是指已经完成钼-锰层烧结的陶瓷基体；所述的控制印刷厚度为控制镍膏剂的厚度15-30um。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，步骤C)中所述的烘干为采用红外线烘干装置烘干，烘干温度为80-120℃，时间为15-30min；所述的红外线烘干装置为红外线烘干炉。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，步骤C)中所述的装入容器为装入钼舟里，所述的烧结为烧氢炉烧结，在烧结时向烧氢炉送入氮气和湿氢混合气体，烧结温度为950-1050℃、保温时间为10-30min。

本发明与已有技术相比的优点在于：由于变传统的对经过一次金属化烧结后的陶瓷基体的钼-锰层表面电镀镍改为印刷镍膏剂，因此可获得理想的镍层厚度，烧结时不会起皮、起泡而有助于保障合格率、控制成本而满足批量化生产要求；因摒弃了电镀而采用了印刷，所以，于环境、于职工健康俱为有益；能使二次金属化后的陶瓷基体发挥出与金属如可伐合金之间的优异的封接效果、抗拉强度理想。

具体实施方式

实施例1：

A).调配二次金属化用镍膏剂，按重量称取颗粒度D50＝3～6um的粗镍粉0.75份、颗粒度D50＝1.0～3um的细镍粉0.25份，称取由松油醇0.3份与乙基纤维素0.01份所调制即混匀而成的粘结剂0.25份，然后将上述称量后的粗、细镍粉以及粘结剂放入预先装有玛瑙球的球磨罐中，其中：玛瑙球与镍粉(粗、细镍粉)的重量比为1∶1，玛瑙球的直径为5-10mm，将球磨罐密封放置到球磨机上进行球磨，控制球磨机的频率为30Hz、球磨20h后用滤网将玛瑙球分离，得到用于印刷的镍膏剂；

B).印刷镍膏剂，采用丝网印刷方法，具体是：使用优选但不限于的如由中国电子科技集团公司第45研究所生产、销售的的型号为WY-155-A型半自动跑台式丝网印刷机，该丝网印刷机不仅具有对夹具进行调整的功能和对刮刀角度作调整的功能，而且还兼有将印刷网版与夹具之间的距离进行调整的功能，先将由步骤A)所得到的镍膏剂涂布于印刷的菲林网版上，并且将菲林网版安装到丝网印刷机的网版架上，再将由前道工艺获得的即经过一次金属化烧结后的陶瓷基体亦即已经完成了钼-锰层烧结的陶瓷基体放置到优选采用胶木制的定位夹具上所加工出的陶瓷基体座孔内，并且将定位夹具放置到前述的丝网印刷机的台面上，前述的菲林网版上的图形应当是与陶瓷基体相对应的，然后将菲林网版与陶瓷基体之间的间距调整为20±2um，最后进行印刷，得到覆镍层为20±2um的陶瓷基体，本步骤所提及的定位夹具大体上与中国专利号200610041035.5中所涉的夹具相同；

C).烘干、烧结，先将由步骤B)所得到的覆镍膏剂层为20±2um的陶瓷基体送入红外线烘干炉烘干，烘干温度为80℃、烘干时间为30min，然后装入钼舟内送至烧氢炉烧结，烧结温度为950℃，保温时间为30min，在烧结过程中向烧氢炉内送入氮气和湿氢混合气体，出炉后得到覆固有镍层厚度为6-8um的二次金属化陶瓷器件成品。重复上述步骤可对已经完成了钼-锰层烧结的一次金属化后的陶瓷基体的另一端进行二次金属化。

经对本实施例所得到的成品陶瓷器件进行外观检验，镍层外表面致密、连续、无杂质、无起皮、起泡、无污染，表面颜色一致；并且使用X-Ray测试仪对镍层进行检测，测得厚度均在6-8um，外观合格率100％。又，对本实施例的成品陶瓷器件抽取10只进行与可伐金属件焊接，焊接后，先、后进行了气密性测试和破坏性的抗拉强度试验，试验数据如下：气密性全部通过；拉力值分别为4.60KN、4.84KN、4.96KN、5.05KN、4.90KN、5.12KN、4.66KN、5.10KN、4.88KN、5.20KN，平均值4.93KN，远远高于目前用户所要求的平均值3.50KN，min＝3KN的指标。

实施例2：

A).调配二次金属化镍膏剂，按重量称取颗粒度D50＝3～6um的粗镍粉0.5份、颗粒度D50＝1.0～3um的细镍镍粉0.5份，称取由0.20份松油醇与0.01份乙基纤维调制而成的粘结剂0.35份，然后将上述称量后的粗、细镍粉以及粘结剂放入装有玛瑙球的球磨罐中，其中：玛瑙球与镍粉(粗、细镍粉)的重量比为1∶1，玛瑙球的直径为3-8mm，将球磨罐密封放置到球磨机上进行球磨，控制球磨机频率为35Hz、球磨16h后用滤网将玛瑙分离，得到用于印刷的镍膏剂；

B).印刷镍膏剂，仅将菲林网版与陶瓷基体之间的间距调整为25±2um，其余均同对实施例1的B)步骤的描述；

C).烘干、烧结，仅将烘干温度和时间分别改为100℃、25min，和将烧结温度、保温时间分别改为1050℃、10min，得到覆固有镍层厚度为7-9um的二次金属陶瓷器件成品，其余均同对实施例1的C)步骤的描述。

外观检验。烧结好的镍层外表面致密、连续、无杂质、无起泡、无起皮、无污染，表面颜色一致性好；使用X-Ray测试仅对镍层进行检测，镍层厚度为7-9um；镍层外观检查合格率100％。

拉力及气密性检验。烧结后的瓷件抽取10只进行与可伐金属件焊接，焊接后先进行气密性的测试，然后进行破坏性的抗拉强度试验，试验数据如下：气密性全部通过；拉力值依次为4.75KN、4.90KN、4.98KN、5.15KN、5.08KN、5.12KN、4.78KN、5.10KN、4.88KN、5.20KN，平均值4.99KN，远高于目前客户所要求的平均值3.50KN，min＝3KN。

实施例3：

A).调配二次金属化镍膏剂，按重量份称取颗粒度D50＝3～6um的粗镍粉0.85份、颗粒度D50＝1.0～3um的细镍粉0.15份，称取由0.12份松油醇与0.01份乙基纤维素调制成的粘结剂0.3份，球磨机的频率为20Hz、球磨时间25h其余均同对实施例1或2中的A)步骤的描述；

B).印刷镍膏剂，仅将菲林网版与陶瓷基体之间的间距调整为18±2um，其余均同对实施例1中的B)步骤的描述；

C).烘干、烧结，仅将烘干温度和烘干时间分别改为115℃、15min，和将烧结温度、保温时间分别改为1000℃，20min，得到覆固有镍层厚度为5-6um的二次金属化陶瓷器件成品，其余均同对实施例1中的C)步骤中的描述。

外观检验。烧结好的镍层外表面致密、连续、无杂质、无起泡、无起皮、无污染，表面颜色一致性好；使用X-Ray测试仅对镍层进行检测，镍层厚度为5-6um；镍层外观检查合格率100％。

拉力及气密性检验。烧结后的瓷件抽取10只进行与可伐金属件焊接，焊接后先进行气密性的测试，然后进行破坏性的抗拉强度试验，试验数据如下：气密性全部通过；拉力值依次为5.2KN、4.98KN、4.96KN、5.16KN、4.90KN、5.12KN、4.86KN、5.10KN、4.78KN、5.23KN，平均值5.03KN，远高于目前客户所要求的平均值3.50KN，min＝3KN。

实施例4：

A).调配二次金属化镍膏剂，按重量份称取颗粒度D50＝3～6um的粗镍粉0.60份、颗粒度D50＝1.0～3um的细镍粉0.40份，称取由0.17份松油醇与0.01份乙基纤维素调制成的粘结剂0.28份，球磨机的频率为35Hz、球磨时间20h其余均同对实施例1或2中的A)步骤的描述；

B).印刷镍膏剂，仅将菲林网版与陶瓷基体之间的间距调整为18±2um，其余均同对实施例1中的B)步骤的描述；

C).烘干、烧结，仅将烘干温度和烘干时间分别改为110℃、23min，和将烧结温度、保温时间分别改为980℃，25min，得到覆固有镍层厚度为5-6um的二次金属化陶瓷器件成品，其余均同对实施例1中的C)步骤中的描述。

外观检验。烧结好的镍层外表面致密、连续、无杂质、无起泡、无起皮、无污染，表面颜色一致性好；使用X-Ray测试仅对镍层进行检测，镍层厚度为5-6um；镍层外观检查合格率100％。

拉力及气密性检验。烧结后的瓷件抽取10只进行与可伐金属件焊接，焊接后先进行气密性的测试，然后进行破坏性的抗拉强度试验，试验数据如下：气密性全部通过；拉力值依次为5.18KN、4.96KN、4.84KN、5.03KN、4.90KN、5.11KN、4.73KN、5.01KN、4.69KN、5.23KN，平均值为4.97KN，远高于目前客户所要求的平均值3.50KN，min＝3KN。

Claims (10)

1.一种陶瓷二次金属化的方法，其特征在于它包括以下步骤：

A).调配二次金属化镍膏剂，按重量份比称取镍粉1份，粘结剂0.25-0.35份，放入装有玛瑙球的球磨罐中，将球磨罐置于球磨机上进行球磨，并且控制球磨机的频率及球磨时间，球磨结束后将玛瑙球分离，得到用于印刷的镍膏剂；

B).印刷镍膏剂，采用印刷的方式将镍膏剂印刷到经过一次金属化烧结后的陶瓷基体的钼-锰层表面，并且控制印刷厚度，得到覆镍层的陶瓷基体；

C).烘干、烧结，先将覆镍层的陶瓷基体烘干，然后装入容器送至烧结，得到覆固有镍层的陶瓷二次金属化陶瓷器件成品。

2.根据权利要求1所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于步骤A)中所述的玛瑙球与所述的镍粉的重量比为1∶1，所述的玛瑙球的直径为3-10mm。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于所述的镍粉为不同颗粒级配的镍粉，所述的不同颗粒极配的镍粉包括粗颗粒镍粉和细颗粒镍粉。

4.根据权利要求3所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于所述的粗颗粒镍粉与细颗粒镍粉的重量份比为0.50-0.90∶0.10-0.50。

5.根据权利要求4所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于所述的粗颗粒镍粉的颗粒度D50＝3-6um；而所述的细颗粒镍粉的颗粒度D50＝1.0-3um。

6.根据权利要求1所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于步骤A)中所述的粘结剂为松油醇与纤维素调制而成的粘结剂，其中，松油醇与纤维素的重量份比为0.1-0.3∶0.01，所述的纤维素为乙基纤维素。

7.根据权利要求1所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于步骤A)中所述的控制球磨机的频率及球磨时间分别为20-35Hz、15-25h；所述的分离为滤网分离。

8.根据权利要求1所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于步骤B)中所述的印刷为丝网印刷，而所述的经过一次金属化烧结后的陶瓷基体是指已经完成钼-锰层烧结的陶瓷基体；所述的控制印刷厚度为控制镍膏剂的厚度15-30um。

9.根据权利要求1所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于步骤C)中所述的烘干为采用红外线烘干装置烘干，烘干温度为80-120℃，时间为15-30min；所述的红外线烘干装置为红外线烘干炉。

10.根据权利要求1所述的陶瓷二次金属化的方法，其特征在于步骤C)中所述的装入容器为装入钼舟里，所述的烧结为烧氢炉烧结，在烧结时向烧氢炉送入氮气和湿氢混合气体，烧结温度为950-1050℃、保温时间为10-30min。