CN102795894A - 一种高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层及复合工艺 - Google Patents

Abstract

一种高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层及复合工艺，所述的高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层，它主要由如下组份和重量百分配比组成：45～65％的Mo粉，11～18％的Mn粉，7～15％的SiO₂粉，0.2～2.5％的CaO，5～15％的75％氧化铝瓷粉，0-5％的TiO₂，10-17％的Al₂O₃；所述的复合工艺是：将上述原料按金属化层的组份配比进行称重、混合，置于高能球磨机中，在有机介质下高能球磨96小时以上，然后烘干、过筛制成金属化粉备用；将上述制备好的金属化粉，加入适量的有机粘结剂，经过充分搅拌，用丝网印刷方法覆盖在清洁好的高纯氧化铝陶瓷的表面上；覆盖有金属化粉的高纯氧化铝陶瓷在弱还原性气氛保护下烧结，氢气露点在20±10℃范围内，烧结温度1430～1510℃，烧结保温时间30～70min；烧结好的产品经镀镍并镍化后即为本发明所述的高纯氧化铝陶瓷表面金属化产品。

Description

一种高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层及复合工艺

技术领域

本发明涉及的是一种高纯氧化铝(刚玉)陶瓷的表面高强度气密性金属化层及复合工艺。 

背景技术

含量99％以上的高纯氧化铝陶瓷具有机械强度高、硬度大、电绝缘性好、高频损耗小、导热系数大且真空气密性好等优点，在航空、航天、电力、电子等行业中高真空器件上得到广泛应用。目前针对含量99％以上的氧化铝陶瓷的金属化工艺均存在抗拉强度值较低，平均值一般都在60-100MPa范围内，使用在静止状态或真空度要求不高的场合，完全可以满足使用要求，但使用高纯氧化铝陶瓷的器件一般都具有高真空、高可靠性等特点，很多场合还受到循环载荷的影响，金属化层抗拉强度最小值要求大于110MPa，所以现有技术生产的高纯氧化铝金属化产品远远不能满足高精尖设备的使用要求，大型关键设备上使用的高纯氧化铝金属化产品都必须从日本、美国等国家进口。 

发明内容使高纯氧化铝可与金属材料进行钎焊。 

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种主要适用于用不同工艺生产的高纯氧化(99％以上)氧化铝陶瓷的表面金属化层及复合工艺；使得99％以上高纯氧化铝陶瓷的金属化层强度高、气密性好，完全满足高真空器件的使用要求；使高纯氧化铝可与金属材料进行钎焊。 

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层，它主要由如下组份和重量百分配比组成：45～65％的Mo粉，11～18％的Mn粉，7～15％的SiO₂粉，0.2～2.5％的CaO，5～15％的75％氧化铝瓷粉，0-5％的TiO₂，5-17％的Al₂O₃，上述组份配比以构成100％为准。 

本发明所述的Mo粉粒度≤2.5um，粒径为0.5～2.0um的颗粒占Mo粉总重量的80～90Wt％，Mo粉粒度较小有利于Mo粉与玻璃相充分润湿，同时提高金属化层的抗拉强度和气密性。 

本发明所述的Mn(锰)粉纯度≥99.5Wt％，锰在金属化过程中首先氧化形成MnO，是玻璃相的主要改性成份，使玻璃相与Mo颗粒表面有良好的浸润性，同时促进金属化层与陶瓷基体之间的原子扩散； 

本发明所述的SiO₂粉杂质含量≤0.1Wt％，SiO₂是形成玻璃相的主要成份； 

本发明所述的TiO₂粉杂质含量≤0.1Wt％； 

本发明所述的75％氧化铝瓷粉(简写为75％瓷粉)成份为(重量百分比)：73～79％的Al₂O₃，11～17％的SiO₂，1～5％的BaO，0.5～4％的CaO，0.5～2.5％的MgO。 

一种如上所述高纯氧化铝陶瓷表面金属化层的复合工艺是：将上述原料按金属化层的组份配比进行称重、混合，置于高能球磨机中，在有机介质下高能球磨96小时以上，然后烘干、过筛制成金属化粉备用； 

将上述制备好的金属化粉，加入适量的有机粘结剂，经过充分搅拌，用丝网印刷方法覆盖在清洁好的高纯氧化铝陶瓷的表面上； 

覆盖有金属化粉的高纯氧化铝陶瓷在弱还原性气氛保护下烧结，氢气露点在20±10℃范围内，烧结温度1430～1510℃，烧结保温时间30～70min； 

烧结好的产品经镀镍并镍化后即为本发明所述的高纯氧化铝陶瓷表面金属化产品。 

本发明所述的金属化层的配方适用于不同工艺方法生产的高纯(99％)氧化铝陶瓷，如热压注法、冷等静压法、粉浆浇注法等工艺方法制造的高纯(99％)氧化铝陶瓷，对陶瓷的适用性强； 

本发明所述的金属化层配方进行金属化层生产，工艺制度控制容易，产品质量稳定、可靠； 

采用本发明所述的金属化层配方和工艺制造的陶瓷金属化产品，金属化层均匀、致密，与陶瓷的结合强度高且一致性好，用Φ3可伐合金棒三点式测抗拉强度，其平均抗拉强度值≥130MPa，漏气率≤1×10^-11Pa.m³/s，金属化层厚度在18～45um，镍层厚度在2.5～10um，完全满足电真空行业对陶瓷金属化产品的要求； 

用本发明所述的金属化层配方和工艺制造陶瓷金属化产品，与高温金属化相比金属化层强度σb提高60％，制造成本可降低20％，成品率可提高10％，具有良好的社会效益和经济效益。 

本发明使得高纯(99％)氧化铝陶瓷金属化层强度高、气密性好，完全满足高真空器件的使用要求。 

具体实施方式

下面对本发明作详细的介绍：本发明所述的高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层，它主要由如下组份和重量百分配比组成：45～65%的Mo粉，11～18%的Mn粉，7～15%的SiO₂粉，0.2～2.5%的CaO，5～15%的75%氧化铝瓷粉，0-5%的TiO₂，5-17%的Al₂O₃，上述组份配比以构成100%为准。 

所述的Mo粉粒度≤2.5um，粒径为0.5～2.0um的颗粒占Mo粉总重量的80～90Wt％，Mo粉粒度较小有利于Mo粉与玻璃相充分润湿，同时提高金属化层的抗拉强度和气密性。 

本发明所述的Mn(锰)粉纯度≥99.5Wt％，锰在金属化过程中首先氧化形成MnO，是玻璃相的主要改性成份，使玻璃相与Mo颗粒表面有良好的浸润性，同时促进金属化层与陶瓷基体之间的原子扩散； 

本发明所述的SiO₂粉杂质含量≤0.1Wt％，SiO₂是形成玻璃相的主要成份；所述的TiO₂粉杂质含量≤0.1Wt％； 

本发明所述的75％氧化铝瓷粉(简写为75％瓷粉)成份为(重量百分比)：73～79％的Al₂O₃，11～17％的SiO₂，1～5％的BaO，0.5～4％的CaO，0.5～2.5％的MgO。 

一种如上所述高纯氧化铝陶瓷表面金属化层的复合工艺是：将上述原料按金属化层的组份配比进行称重、混合，置于高能球磨机中，在有机介质下高能球磨96小时以上，然后烘干、过筛制成金属化粉备用； 

将上述制备好的金属化粉，加入适量的有机粘结剂，经过充分搅拌，用丝网印刷方法覆盖在清洁好的高纯氧化铝陶瓷的表面上； 

覆盖有金属化粉的高纯氧化铝陶瓷在弱还原性气氛保护下烧结，氢气露点在20±10℃范围内，烧结温度1430～1510℃，烧结保温时间30～70min； 

烧结好的产品经镀镍并镍化后即为本发明所述的高纯氧化铝陶瓷表面金属化产品。 

本发明的具体实施例可以在上述组份配比的范围进行任意组合，并不受以下具体实施例的限制，通过具体数值的替换可以成为任一具体实施例。 

实施例 

本发明的工艺流程如下：各粉料按重量配比混合球磨→烘干过筛→加粘结剂搅拌→丝网印刷在99％氧化铝陶瓷表面上(湿膜厚度在30-100um左右)→在气氛保护下中温金属化烧结→镀镍并镍化→金属化产品性能测试。 

通过实施例详细说明如下：各选用的粉料分别按下表比例称量，置于刚玉瓷球磨罐中，用无水乙醇或醋酸丁酯等有机溶剂作介质，用玛瑙球或刚玉瓷球作磨球，球磨96小时以上，取出后置于搪瓷盘中烘干，过280目筛。 

金属层组份和重量百分配比包括如下五种，从而至少构成五个实施例： 

1、45％的Mo粉，18％的Mn粉，10.8％的SiO₂粉，1.2％的CaO，15％的75％氧化铝瓷粉，5％的TiO₂，5％的Al₂O₃。 

2、50％的Mo粉，11％的Mn粉，13％的SiO₂粉，2.5％的CaO，5％的75％氧化铝瓷粉，1.5％ 的TiO₂，17％的Al₂O₃。 

3、55％的Mo粉，14.3％的Mn粉，15％的SiO₂粉，1.7％的CaO，6％的75％氧化铝瓷粉，2％的TiO₂，6％的Al₂O₃。 

4、60％的Mo粉，13％的Mn粉，8％的SiO₂粉，0.2％的CaO，6.5％的75％氧化铝瓷粉，3.3％的TiO₂，9％的Al₂O₃。 

5、65％的Mo粉，12.5％的Mn粉，7.5％的SiO₂粉，0.5％的CaO，8.0％的75％氧化铝瓷粉，6.5％的Al₂O₃。 

称取50g上述制备好的各粉料，置于搅拌器中，再加入20ml有机粘结剂，有机粘结剂为4.5Wt％(重量百分比)的乙基纤维素松油醇溶液，搅拌6小时以上备用； 

用丝网印刷方法把上述制备好的浆料印刷在清洁好的不同工艺方法生产的99％氧气铝陶瓷表面上，用x表示冷等静压工艺生产的陶瓷，用y表示热压注工艺生产的陶瓷，用z表示粉浆浇注工艺生产的陶瓷，即得各实施样如1x、1y、1z、2x、2y等等。 

各实施样如1x、1y、1z、2x、2y等等放入金属化炉中烧结，烧结工艺参数如下表所示： 

时间\温度	1430℃	1450℃	1470℃	1490℃	1510℃
						30分钟			√	√	√
50分钟	√	√	√	√	√
						70分钟	√	√	√	√

注：打“√”的为实际实施的工艺参数，保护气氛(H₂)的露点为20±10℃。 

烧结后的样品经镀镍并于850-950℃镍化30分钟。 

对各样品进行性能测试，结果描述如下表所示： 

Claims (5)

1.一种高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层，其特征在于它主要由如下组份和重量百分配比组成：45～65％的Mo粉，11～18％的Mn粉，7～15％的SiO₂粉，0.2～2.5％的CaO，5～15％的75％氧化铝瓷粉，0-5％的TiO₂，10-17％的Al₂O₃。

2.根据权利要求1所述的高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层，其特征在于所述的Mo粉粒度≤2.5um，粒径为0.5～2.0um的颗粒占Mo粉总重量的80～90Wt％；所述的Mn粉纯度≥99.5Wt％。

3.根据权利要求1所述的高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层，其特征在于所述的SiO₂粉杂质含量≤0.1Wt％；所述的TiO₂粉杂质含量≤0.1Wt％。

4.根据权利要求1所述的高纯氧化铝陶瓷的表面金属化层，其特征在于所述的75％氧化铝瓷粉重量百分比成份为：73～79％的Al₂O₃，11～17％的SiO₂，1～5％的BaO，0.5～4％的CaO，0.5～2.5％的MgO。

5.一种如权利要求1或2或3或4所述高纯氧化铝陶瓷表面金属化层的复合工艺是：将上述原料按金属化层的组份配比进行称重、混合，置于高能球磨机中，在有机介质下高能球磨96小时以上，然后烘干、过筛制成金属化粉备用；

将上述制备好的金属化粉，加入适量的有机粘结剂，经过充分搅拌，用丝网印刷方法覆盖在清洁好的高纯氧化铝陶瓷的表面上；

覆盖有金属化粉的高纯氧化铝陶瓷在弱还原性气氛保护下烧结，氢气露点在20±10℃范围内，烧结温度1430～1510℃，烧结保温时间30～70min；

烧结好的产品经镀镍并镍化后即为本发明所述的高纯氧化铝陶瓷表面金属化产品。