CN102276295A

CN102276295A - 一种适用于丝网印刷的95%氧化铝陶瓷金属化浆料

Info

Publication number: CN102276295A
Application number: CN2011101288582A
Authority: CN
Inventors: 刘春佳; 刘盈霞; 杨福民; 赖亚洲; 于洋; 庄志刚
Original assignee: HONGLU TUNGSTEN MOLYBDENUM INDUSTRY Co Ltd SHIAMEN
Current assignee: HONGLU TUNGSTEN MOLYBDENUM INDUSTRY Co Ltd SHIAMEN
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明公开一种适用于丝网印刷的金属化浆料，是由质量分数为Mo粉42-63%、MnO粉13-20%、Al₂O₃粉13-21%等组成的原料粉末及松油醇、油酸等组成的粘结剂混合而成，其中本发明的Mo为气流粉碎Mo粉末，特征为Mo粉中团聚颗粒被打散，Mo粉形貌为近球形粉末，Mo粉细小粒径范围内的颗粒占比高，符合减小金属化层毛细管模型半径的方法原理，有利于玻璃相向金属化层迁移而获得牢固的金属化层；同时本发明通过添加油酸以增加料浆中固体颗粒的均质分布，减少浆料沉降。本发明制备的浆料膏剂适合丝网印刷工艺，消除印刷过程中浆料的流动性差、漏墨少等缺点。

Description

一种适用于丝网印刷的95%氧化铝陶瓷金属化浆料

技术领域

本发明公开一种适用于丝网印刷的95%氧化铝陶瓷金属化浆料，属于陶瓷金属化处理制造技术领域，尤其是应用于丝网印刷的陶瓷金属化材料。

背景技术

95%氧化铝陶瓷由于具有强度高、介电常数小、体积电阻率高、介质损耗小和耐热冲击强度大等性能特点，现广泛用作电真空器件材料。陶瓷部件本身是优良的绝缘材料，自身不具备可焊性，焊料通常也不能对其浸润，金属化是实现陶瓷与金属封接的一条有效途径。

金属化工艺多种多样，大体可以分为厚膜工艺与薄膜工艺。与薄膜工艺（以蒸镀、溅射、离子镀为主要方法）相比，厚膜工艺在实现陶瓷部件局部的金属化方面存在显著优势，因而在大规模工业生产中得以普遍采用。活化Mo-Mn金属化法是典型的厚膜工艺。研究认为Mo等难熔金属粉末与氧化铝陶瓷的热膨胀系数相近、烧结性能相似以及二者匹配性好等有关。

氧化铝陶瓷金属化所使用的原料及其配方是金属化的关键。在实际生产中，不同的厂家有不同的专用原料配方。由特定配方原料组成的膏剂或料浆可以有效地实现陶瓷特定部位的涂敷，通过干燥、烧结过程进而实现金属化的目的。膏剂或料浆的涂敷可以通过手工笔涂、机械涂、喷枪喷涂和丝网印刷等方式来完成。

陶瓷金属化机理实际是玻璃相的迁移，玻璃相的迁移也就是一种毛细流动，这种毛细流动的驱动力就是液态玻璃相对陶瓷本体与金属化层的表面张力差。而毛细引力P=2Tcosθ/r，其中，T为表面张力，θ为接触角，r为毛细管模型半径。其中配方原料成分一定的前提下，T和cosθ为定值，减小r可以有效提高毛细管引力，进而提高玻璃相在二者中的毛细引力差，有利于玻璃相向金属化层迁移而获得牢固的金属化层。

由此，申请人认为，通过控制减小金属化层毛细管模型半径可以更直接、有效地提高金属化层的质量。目前陶瓷金属化技术和专利配方原料成分大同小异，成分配比相对复杂，大多是通过引入改善玻璃相浸润性的SiO₂、MgO、ZrO₂和TiO₂粉末成分，Mn（或Mn的氧化物）和Al₂O₃粉末原料为基本成分，金属化过程中形成锰铝尖晶石相，起到提高金属化强度的作用。

本发明的目的是通过控制金属化层毛细管模型半径的方法，利于玻璃相向金属化层迁移而获得牢固的金属化层，简化原料配方，提供一种相对简单的金属化原料配方专用并普遍适用于不同生产厂家的95%氧化铝陶瓷表面金属化，满足其在电真空行业的使用要求。

而且，涂敷过程要求料浆中成分分布均匀，才能获得组织、厚度均匀的金属化层，否则极容易造成废品。固体颗粒在料浆液相中的分散性除了受颗粒间相互作用外，还受到颗粒与分散介质作用的影响。固体颗粒的分散性遵循极性相似相容原则，即分散颗粒表面与液相介质的极性相似时，颗粒的分散性好；反之，分散性就差。现有技术和专利资料中料浆液相成分为草酸乙二酯和硝棉或松油醇和乙基纤维素。而通过向料浆中添加一定比例的油酸，可以提高固体颗粒的分散性，降低沉降速度，提高涂敷效率、减少料浆膏剂浪费，降低金属化产品成本。

发明内容

本发明提供了一种性能稳定、适印性强、粘度适中、配方简单、效率高且成本低的95％氧化铝陶瓷金属化浆料，在陶瓷金属化丝网印刷过程中，具备造成印刷图案精度高、配方原料成分和厚度均匀、金属化浆料保质期长等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种陶瓷金属化浆料，其包括以下原料粉末（质量百分比）：Mo 粉42-63%，MnO粉13-20%，Al₂O₃粉13-21%，SiO₂粉9-14%、CaCO₃粉2-3%。

上述的陶瓷金属化浆料，还包括与原料粉末混合的粘结剂，其中原料粉末与粘结剂的配比为（1.8-2.2）：1，所述粘结剂中包含1-2%的油酸，浆料粘度为10-12Pa·s。

进一步，所述的陶瓷金属化浆料的粘结剂由以下组分组成且各组分的质量百分比：乙基纤维素3-5%、松油醇93-95%、油酸1-2%。

进一步，所述的陶瓷金属化浆料Mo为气流粉碎Mo粉末，钼粉中团聚颗粒被打散，特征为Mo粉形貌为近球形粉末，粒径0.5-1.5mm范围内的颗粒占钼粉总量的85%－90%。

金属化原料配方专用且普遍适用于不同生产厂家的95%氧化铝陶瓷表面金属化。

上述的陶瓷金属化浆料特别适宜陶瓷件丝网印刷的应用。

金属化工艺如下：将原料粉末进行混合球磨，然后与粘结剂进行混合湿磨，可得到金属化浆料。金属化浆料经过丝网印刷涂覆在陶瓷件上，然后通过烘干，1400-1450℃之间烧结等工艺，最终得到陶瓷金属化产品。

本发明通过气流粉碎钼粉，控制钼粉颗粒尺寸大小，依据减小金属化层毛细管模型半径的方法原理，利于玻璃相向金属化层迁移而获得牢固的金属化层，简化原料配方；通过添加油酸以增加料浆中固体颗粒的均质分布，减少浆料沉降；通过气流粉碎打散钼粉颗粒团聚，改变钼粉原有形貌，钼粉呈近球形，消除印刷过程中浆料的流动性差、漏墨少等缺点，本发明制备的浆料膏剂适合丝网印刷工艺。

本发明具有如下有益的效果：

1、陶瓷金属化浆料Mo为粉气流粉碎Mo粉末，团聚钼粉颗粒被打散，粉形貌为近球形，细小粒径范围内的颗粒占比高，符合减小金属化层毛细管模型半径的方法原理，利于玻璃相向金属化层迁移而获得牢固的金属化层；

2、原料配方组成简单，专用并普遍适用于不同生产厂家的95%氧化铝陶瓷表面金属化；

3、添加了油酸作为分散剂，提高固体颗粒的分散均匀性，降低沉降速度，提高涂敷效率、减少料浆膏剂浪费，降低金属化产品成本。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明：

实例1：一种陶瓷金属化的配方，其含有以下质量分数的原料：

配置如下比例的混合粉末： Mo 粉42%，MnO粉20%，Al₂O₃粉21%，SiO₂粉14%、CaCO₃粉3%。Mo为气流粉碎Mo粉末，粒径0.5-1.5mm范围内的颗粒占钼粉总量的90%。将固体粉末混合进行球磨，按照原料粉末与粘结剂的配比为1.8：1添加粘结剂，粘结剂组成为乙基纤维素3%、松油醇95%、油酸2%。经过混合球磨湿磨，最终得到适合印刷的金属化浆料。

金属化浆料经过25℃环境温度静置12和24小时后，测定粘度值分别为10.9Pa·s和11.8Pa·s，粘度与初始值10.2Pa·s差别很小，适宜于丝网印刷。丝网印刷涂覆陶瓷件表面，通过烘干，1430℃烧结形成陶瓷表面金属化层，陶瓷金属化层厚控制在20-30mm，电镀镍层2-4mm，800℃烧干氢，获得陶瓷金属化部件。

本实施案例所得到陶瓷金属化部件抽取10支与可伐金属件进行焊接，采用钎焊料为AgCu28，进行气密性和焊接强度性能测试，结果如下，气密性均小于10^-11Pa·m³/s，全部满足陶瓷金属封接气密性要求。破坏性焊接强度测试断裂部位均断裂于95%陶瓷本体，强度测试结果满足陶瓷金属封接对焊接强度的要求。

实例2：一种陶瓷金属化的配方，其含有以下质量分数的原料：

配置如下比例的混合粉末： Mo 粉63%， MnO粉13%，Al₂O₃粉13%，SiO₂粉9%，CaCO₃粉2%，其中的Mo为气流粉碎Mo粉末，粒径0.5-1.5mm范围内的颗粒占钼粉总量的85%。将上述固体原料粉末混合进行球磨，按照原料粉末与粘结剂的配比为1.8：1添加粘结剂，粘结剂组成为乙基纤维素3%、松油醇95%、油酸2%。经过混合球磨湿磨，最终得到适合印刷的金属化浆料。

金属化浆料经过25℃环境温度静置12和24小时后，测定粘度值分别为10.9Pa·s和11.6Pa·s，粘度与初始值10.5Pa·s差别很小，适宜于丝网印刷。丝网印刷涂覆陶瓷件表面，通过烘干，1430℃烧结形成陶瓷表面金属化层，陶瓷金属化层厚控制在20-30mm，电镀镍层2-4mm，800℃烧干氢，获得陶瓷金属化部件。

本案例制得的陶瓷金属化部件进行气密性和焊接强度性能测试，结果如下，全部满足陶瓷金属封接气密性要求，强度测试结果满足陶瓷金属封接对焊接强度的要求。

实施例3：一种陶瓷金属化的配方，其含有以下质量分数的原料：

配置如下比例的混合粉末： Mo 粉45%，MnO粉18%， Al₂O₃粉20%，SiO₂粉14%、CaCO₃粉3%，Mo为气流粉碎Mo粉末，粒径0.5-1.5mm范围内的颗粒占钼粉总量的90%。将固体粉末混合进行球磨，按照原料粉末与粘结剂的配比为2.2：1添加粘结剂，粘结剂组成为乙基纤维素3%、松油醇95%、油酸2%。经过混合球磨，最终得到适合印刷的金属化浆料。

金属化浆料经过25℃环境温度静置12和24小时后，测定粘度值分别为10.6Pa·s和11.5Pa·s，粘度与初始值10.2Pa·s差别很小，适宜于丝网印刷。丝网印刷涂覆陶瓷件表面，通过烘干，1430℃烧结形成陶瓷表面金属化层，陶瓷金属化层厚控制在20-30mm，电镀镍层2-4mm，800℃烧干氢，获得陶瓷金属化部件。

实施例4：一种陶瓷金属化的配方，其含有以下质量分数的原料：

配置如下比例的混合粉末： Mo 粉55%，MnO粉15%， Al₂O₃粉16%，SiO₂粉12%、CaCO₃粉2%，Mo为气流粉碎Mo粉末，粒径0.5-1.5mm范围内的颗粒占钼粉总量的88%。将固体粉末混合进行球磨，按照原料粉末与粘结剂的配比为2：1添加粘结剂，粘结剂组成为乙基纤维素4%、松油醇94%、油酸2%。经过混合球磨湿磨，最终得到适合印刷的金属化浆料。

金属化浆料经过25℃环境温度静置12和24小时后，测定粘度值分别为10.7Pa·s和11.6Pa·s，粘度与初始值10.3Pa·s差别很小，适宜于丝网印刷。丝网印刷涂覆陶瓷件表面，通过烘干，1430℃烧结形成陶瓷表面金属化层，陶瓷金属化层厚控制在20-30mm，电镀镍层2-4mm，800℃烧干氢，获得陶瓷金属化部件。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims

1.一种陶瓷金属化浆料，其特征在于：该浆料包括以下原料粉末按质量百分比计：Mo 粉42-63%，MnO粉13-20%，Al₂O₃粉13-21%，SiO₂粉9-14%、CaCO₃粉2-3%。

2.根据权利要求1所述一种陶瓷金属化浆料，其特征在于：Mo为气流粉碎Mo粉末，特征为Mo粉中团聚颗粒被打散，Mo粉形貌为近球形粉末，粒径0.5-1.5mm范围内的颗粒占钼粉总量的85-90%。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷金属化浆料，其特征在于：还包括与原料粉末混合的粘结剂，其中原料粉末与粘结剂的配比为1.8：1～2.2：1，所述粘结剂中包含1-2%的油酸。

4.根据权利要求3所述的一种陶瓷金属化浆料，其特征在于：所述的陶瓷金属化浆料的粘结剂由以下组分组成且各组分的质量百分比：乙基纤维素3-5%、松油醇93-95%、油酸1-2%。

5.根据权利要求1或3所述的一种陶瓷金属化浆料，其特征在于：所述的陶瓷金属化浆料粘度为10-12Pa·s。

6.权利要求1至5任一项权利要求所述的一种陶瓷金属化浆料在95%氧化铝陶瓷件丝网印刷的应用。