CN103693998A - 一种金属化陶瓷废品的回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属化陶瓷废品的回收方法，包括以下工艺步骤：工业酒精浸泡、清水浸泡、超声波清洗、碱煮、盐酸浸泡、烘干和两次烧结工序。经过上述工艺处理后，能够清除陶瓷废品表面层的金属化层，回收工艺简单易行，成本较低，回收率高，适宜对金属化陶瓷废品回收的产业化发展；回收的陶瓷经过检验，质量较好，能够进行二次利用。

Description

一种金属化陶瓷废品的回收方法

技术领域

本发明涉及陶瓷废品的处理回收方法，具体涉及到去除金属化陶瓷外表面涂覆的金属层，回收合格的陶瓷产品的方法。

背景技术

随着三维封装技术发展和系统集成度提高，以大功率发光二极管(LED)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、激光器(LD)为代表的功率型器件在封装过程中，散热材料的选用成为关键的技术环节，并直接影响到器件的使用性能与可靠性。对于电子封装而言，散热基板主要是利用其材料本身具有的高热导率，将热量从芯片导出，实现与外界的电互连与热交换。目前常用的散热基板主要包括MCPCB（金属核印刷电路板）、LTCC或HTCC（低温共烧陶瓷或高温共烧陶瓷基板）和金属化陶瓷基板等。

陶瓷一直是为国防装备中电子器件配套的重要零件。因陶瓷具有较高的导热系数、良好的绝缘性、抗热冲击性、较低的损耗和化学稳定性好的特点，所以广泛用于航天、航空核动力工程作大功率器件散热，在电子行业的电真空器件、行波管、大功率模块厚膜电路及封装器件中已被大量采用，起着支撑、绝缘散热作用。

目前，陶瓷金属化涂覆是一般采用印刷、滚涂、车涂等方法将金属浆料涂覆在陶瓷上。由于在印刷前的产品位置调试、制造过程中由于设备精度和员工操作的熟练程度，难免会出现金属化图形移位、表面质量等废品。陶瓷金属化的工艺顺序为，先将陶瓷表面清洗洁净，然后在其表面涂覆一层金属涂料，待金属涂料干燥后将陶瓷置于烧结室内进行高温烧结，使金属涂料与陶瓷表面的结合效果加强。

虽然陶瓷涂覆后没有通过烧结，受陶瓷基体体积密度和表面粗糙度的影响，金属浆料同样会渗透一部分到陶瓷基体内，通过简单的擦洗很难测底将金属浆料去除干净，因此，行业类通常将印刷后的陶瓷废品作报废处理。部分陶瓷(如氧化铍陶瓷)基体制作成本高，直接报废损失较大，同时，报废的氧化铍陶瓷需要通过特殊处理和特殊掩埋才避免对环境的破坏，致使后期投入的费用也较高。规模化生产的部分陶瓷（如氧化铝陶瓷），由于生产数量大，金属化涂覆后废品量较多，直接报废后总价值也较高。金属化涂覆时，其中有两个工序可能产生废品：其一是将金属涂覆至陶瓷表面，未烧结前时经过检验查出的废品，其一是将表面涂覆有金属涂料的陶瓷高温烧结过程中产生的废品。本发明围绕节约生产成本、提高产品利用率、提高对资源的重复利用，公开了陶瓷在涂覆金属化涂料后，烧结前时废品的回收利用方法。

为了解决现有技术中的上述不足，本发明提出了一种新的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对于金属化陶瓷的处理工艺，经过本发明的工艺，能够去除金属化陶瓷废品表面涂覆的金属层，将废品中的洁净陶瓷回收利用，提高了资源的有效利用率，能够降低企业生产成本，同时回收的陶瓷在再金属化的质量良好，符合要求。

为达上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供金属化陶瓷废品的回收方法，包括以下工艺步骤：

A、将金属化陶瓷废品投入体积分数为70%~95%的工业酒精中，浸泡30h~50h，再使用清水浸泡1h~3h；浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗；

B、将步骤A中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为70%~95%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗30min~60min；

C、配制金属清洁剂，将其加热至80℃以上，让步骤B中的陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min，在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持80℃以上；

D、经过步骤C处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为30%~70%的盐酸溶液中浸泡4h~8h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干；

E、将烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1200℃~1400℃，烧结时间为30min；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1100℃~1400℃，烧结时间为20min；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

优选的，本发明工艺包括以下步骤：

A、将金属化陶瓷废品投入体积分数为70%~80%的工业酒精中，浸泡30h~40h，再使用清水浸泡1h~2h；浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗；

B、将步骤A中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为70%~80%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗30min~45min；

C、配制金属清洁剂，将其加热至85℃以上，让步骤B中的陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min，在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持85℃以上；

D、经过步骤C处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为30%~50%的盐酸溶液中浸泡4h~6h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干；

E、将烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1200℃~1300℃；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1100℃~1250℃；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

优选的，本发明包括以下步骤：

A、将金属化陶瓷废品投入体积分数为80%~95%的工业酒精中，浸泡40h~50h，再使用清水浸泡2h~3h；浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗；

B、将步骤A中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为80%~95%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗45min~60min；

C、配制金属清洁剂，将其加热至90℃以上，让步骤B中的陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min，在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持90℃以上；

D、经过步骤C处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为50%~70%的盐酸溶液中浸泡6h~8h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干；

E、将烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1300℃~1400℃；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1250℃~1400℃；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

本发明中，金属清洁剂由金属去污粉和水配制而成，其配制比例为金属去污粉：水=1:10。

本发明中，超声波清洗剂的振动频率优选为10KHz~20KHz。

综上所述，本发明具有以下优点：

本发明所采用的工序中，首先使用工业酒精金属化陶瓷废品进行处理，将陶瓷表面的金属层内粘接剂溶解，减少金属层的粘接性，使金属层与陶瓷基体分离，便于后续工艺的处理；同时配合超声波清洗机，选用适当的清洗频率，使陶瓷表面清洗完全；

本发明使用盐酸浸泡，能够去除掉陶瓷表面残留的金属物质，避免陶瓷表面的残留金属在后期的高温烧结时出现的显色，引起废品的产生；

金属清洁剂为弱碱性溶液，能够去除金属油污，通过两次烧结工序，能够去除酸根和金属离子的影响。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施过程做详细说明。

实施例1

将金属化陶瓷废品装入根据陶瓷废品外形设计的挂具上，挂具的材质采用耐强酸、强碱的聚四氟乙烯。金属化陶瓷废品投入体积分数为70%的工业酒精中，浸泡30h。浸泡过程中，需要采取密闭措施，防止酒精大量挥发。酒精浸泡完毕后，再使用清水浸泡1h；，浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗5分钟，确保陶瓷基体与金属化层分离。

将前一步骤中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为70%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗30min，超声波清洗机在清洗时选用的清洗波段频率为10KHz。受陶瓷基体体积密度和表面粗糙度的影响，高压水枪清洗后的陶瓷基体表面会有少许的金属浆料残留的颗粒，使用超声波清洗，能够使残留的金属颗粒脱离陶瓷基体表面。

酒精将陶瓷基体表面的金属层内粘接剂溶解，减少金属层的粘接性，使金属层与陶瓷基体分离，便于后续工艺的处理。常见的陶瓷金属浆料的配方为难熔金属粉末与有机溶剂的混合物，常见的有机溶剂是乙基纤维素与松油醇的混合物，乙基纤维素作用起粘接作用，松油醇作用是溶解乙基纤维素和调整金属浆料的粘度。酒精是常用的分散剂，能够稀释和溶解乙基纤维素与松油醇，并使乙基纤维素的粘接性能降低，使陶瓷与金属层出现分离。

经过超声波清洗后，然后配制金属清洁剂，并将金属清洁剂加热至80℃以上。在本实施例中，其中金属清洁剂均由金属去污粉和水配制而成，其配制比例为金属去污粉：水=1:10。让陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min进行连续煮碱，去除基体表面的油污或其它污染物。在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持80℃以上。

将经过上述处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为30%的盐酸溶液中浸泡4h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干。

盐酸浸泡后能够去除掉陶瓷表面残留的金属物质，避免陶瓷表面的残留金属在后期的高温烧结时出现的显色，引起废品的产生。金属去污粉中含有部分金属，且金属浆料中含有少量的难熔金属，这些金属残留在陶瓷表面的金属在高温烧结时很容易显色造成陶瓷表面废品；通过盐酸可以使金属进行溶解，起到去除陶瓷表面金属的目的。

烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1200℃，烧结30min；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1100℃，烧结20min；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

陶瓷产品通常需要对其外观进行检测，不同用途的陶瓷产品，其检测项目和要求可能不相同。一般地，陶瓷的外观检测项目一般包括对其麻点、斑点、磁疱、粘粒、缺陷凹坑、气孔、气泡等。本发明是针对金属化陶瓷的回收工艺，其回收过程不会改变陶瓷的外观形状，即不会影响原有陶瓷的麻点、斑点、磁疱、粘粒、缺陷凹坑、气孔、气泡的数量和面积。因此为了检测回收陶瓷是否净化完全，主要通过检测其外表面是否有异物，对比同类陶瓷的透光度即可。

金属化陶瓷回收处理后，其化学稳定性不会发生改变，但是由于金属化后，陶瓷表面具有的透光率会受到影响，因此金属层的清洗程度会影响陶瓷的透光率，进而影响陶瓷的再利用。金属层清洗越彻底，相同条件下透光率更好。

陶瓷的透光度检测可以将陶瓷置于40W日光灯下，人眼进行透光观察。将实施例1中回收后的陶瓷进行检验，透光度符合国家标准，表面无粘砂。

实施例2

将金属化陶瓷废品装入根据陶瓷废品外形设计的挂具上，挂具的材质采用耐强酸、强碱的聚四氟乙烯。金属化陶瓷废品投入体积分数为80%的工业酒精中，浸泡40h。浸泡过程中，需要采取密闭措施，防止酒精大量挥发。酒精浸泡完毕后，再使用清水浸泡2h；，浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗10分钟，确保陶瓷基体与金属化层分离。

将前一步骤中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为80%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗45min，超声波清洗机在清洗时选用的清洗波段频率为15KHz。受陶瓷基体体积密度和表面粗糙度的影响，高压水枪清洗后的陶瓷基体表面会有少许的金属浆料残留的颗粒，使用超声波清洗，能够使残留的金属颗粒脱离陶瓷基体表面。

经过超声波清洗后，然后配制金属清洁剂，并将金属清洁剂加热至85℃以上。在本实施例中，其中金属清洁剂均由金属去污粉和水配制而成，其配制比例为金属去污粉：水=1:10。让陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min进行连续煮碱，去除基体表面的油污或其它污染物。在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持85℃以上。

将经过上述处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为50%的盐酸溶液中浸泡6h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干。

烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1300℃，烧结30min；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1250℃，烧结20min；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

将实施例2中回收后的陶瓷进行检验，透光度符合国家标准，表面无粘砂。

实施例3

将金属化陶瓷废品装入根据陶瓷废品外形设计的挂具上，挂具的材质采用耐强酸、强碱的聚四氟乙烯。金属化陶瓷废品投入体积分数为95%的工业酒精中，浸泡50h。浸泡过程中，需要采取密闭措施，防止酒精大量挥发。酒精浸泡完毕后，再使用清水浸泡3h；，浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗15分钟，确保陶瓷基体与金属化层分离。

将前一步骤中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为95%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗60min，超声波清洗机在清洗时选用的清洗波段频率为20KHz。受陶瓷基体体积密度和表面粗糙度的影响，高压水枪清洗后的陶瓷基体表面会有少许的金属浆料残留的颗粒，使用超声波清洗，能够使残留的金属颗粒脱离陶瓷基体表面。

经过超声波清洗后，然后配制金属清洁剂，并将金属清洁剂加热至90℃以上。在本实施例中，其中金属清洁剂均由金属去污粉和水配制而成，其配制比例为金属去污粉：水=1:10。让陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min进行连续煮碱，去除基体表面的油污或其它污染物。在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持90℃以上。

将经过上述处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为70%的盐酸溶液中浸泡8h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干。

烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1400℃；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1400℃；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

将实施例3中回收后的陶瓷进行检验，透光度符合国家标准，表面无粘砂。

Claims (5)

1.一种金属化陶瓷废品的回收方法，包括以下工艺步骤：

A、将金属化陶瓷废品投入体积分数为70%~95%的工业酒精中，浸泡30h~50h，再使用清水浸泡1h~3h；浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗；

B、将步骤A中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为70%~95%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗30min~60min；

C、配制金属清洁剂，将其加热至80℃以上，让步骤B中的陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min，在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持80℃以上；

D、经过步骤C处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为30%~70%的盐酸溶液中浸泡4h~8h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干；

E、将烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1200℃~1400℃；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1100℃~1400℃；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

2.如权利要求1所述的金属化陶瓷废品的回收方法，包括以下步骤：

A、将金属化陶瓷废品投入体积分数为70%~80%的工业酒精中，浸泡30h~40h，再使用清水浸泡1h~2h；浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗；

B、将步骤A中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为70%~80%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗30min~45min；

C、配制金属清洁剂，将其加热至85℃以上，让步骤B中的陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min，在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持85℃以上；

D、经过步骤C处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为30%~50%的盐酸溶液中浸泡4h~6h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干；

E、将烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1200℃~1300℃；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1100℃~1250℃；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

3.如权利要求1所述的金属化陶瓷废品的回收方法，包括以下步骤：

A、将金属化陶瓷废品投入体积分数为80%~95%的工业酒精中，浸泡40h~50h，再使用清水浸泡2h~3h；浸泡后的金属化陶瓷废品使用高压水枪冲洗；

B、将步骤A中的金属化陶瓷废品放入超声波清洗机内，加入体积分数为80%~95%的工业酒精将陶瓷废品浸没，使用超声波清洗剂清洗45min~60min；

C、配制金属清洁剂，将其加热至90℃以上，让步骤B中的陶瓷废品在金属清洁剂中浸泡30min~60min，在浸泡过程中，金属清洁剂的温度保持90℃以上；

D、经过步骤C处理后的金属化陶瓷废品在质量分数为50%~70%的盐酸溶液中浸泡6h~8h，然后用流动的清水清洗，清洗后置于烘箱内烘干；

将烘干后的金属化陶瓷废品进行氧化气氛烧结，烧结温度为1300℃~1400℃；氧化气氛烧结工序完毕后，进行氮气保护气氛烧结，其烧结温度为1250℃~1400℃；烧结工序完毕后对陶瓷进行检验，剔除不合格产品。

4.如权利要求1至3中任一所述的金属化陶瓷废品的回收方法，其中金属清洁剂由金属去污粉和水配制而成，其配制比例为金属去污粉：水=1:10。

5.如权利要求1至3中任一所述的金属化陶瓷废品的回收方法，其中超声波清洗剂的振动频率为10KHz~20KHz。