DE1211981B

DE1211981B - Process for the production of firmly adhering metallic coatings on the purest sintered clay ceramic

Info

Publication number: DE1211981B
Application number: DET15900A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Hans Pulfrich; Hans Stopora
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1958-11-19
Filing date: 1958-11-19
Publication date: 1966-03-03

Description

Verfahren zur Herstellung von festhaftenden metallischen Überzügen auf reinster Sintertonerdekeramik Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung von festhaftenden metallischen Überzügen auf reinster Sintertonerdekeramik, bei welchem die Keramik mit einer aus Metallpulver und feinkörnigem Aluminiumoxydpulver bestehenden Pastenauflage versehen wird, die anschließend in die Keramik eingebrannt wird.Process for the production of firmly adhering metallic coatings on the purest sintered clay ceramics The invention is concerned with a method for the production of firmly adhering metallic coatings on the purest sintered clay ceramics, in which the ceramic with one of metal powder and fine-grained aluminum oxide powder existing paste layer is provided, which is then burned into the ceramic will.

Nach dem Verfahren gemäß dem Hauptpatent wird der Metallpaste ein hochschmelzendes keramisches Al.=O.-Pulver beigegeben, dessen Schmelzpunkt zweckmäßig keinesfalls niedriger als der Schmelzpunkt des zu metallisierenden keramischen Körpers liegt. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft für Keramiken mit sehr hohem A1.>0,,- Gehalt. Dabei wird die Verfestigung der Metallisierungsschicht in sich und die Bindung dieser Schicht auf dem keramischen Körper nicht durch einen beim Einbrennvorgan g sich bildenden Schmelzflu ß erzeugt, sondern die Verfestigung geschieht durch eine physikalische Reaktion im festen Zustand.According to the method according to the main patent, the metal paste becomes a High-melting ceramic Al. = O. powder added, the melting point of which is appropriate never lower than the melting point of the ceramic body to be metallized lies. This method is particularly advantageous for ceramics with a very high A1.> 0 ,, - Salary. Thereby the solidification of the metallization layer in itself and the bond this layer on the ceramic body is not caused by a burn-in process g forming melt flow generated, but the solidification happens through a physical reaction in the solid state.

So war es beispielsweise bekannt, der Metallisierungspaste saure Glasbildner, wie Kieselsäure, Borsäure, Phosphorsäure, Kaolin, Speckstein oder Zirkonoxyd, zuzusetzen. Auch sind Zusätze von Oxyden der Metalle, wie Nickel, Kobalt, Titan oder Calcium, beka n n tgewordcn.It was known, for example, that the metallizing paste contains acidic glass formers, such as silica, boric acid, phosphoric acid, kaolin, soapstone or zirconium oxide to be added. Additions of oxides of metals, such as nickel, cobalt, titanium or calcium, are also known.

Entgegen vielen bekanntgewordenen Verfahren bildet der Keramikpulverzusatz keinen Schmelzfluß, sondern er bleibt in seiner Kornstruktur erhalten.Contrary to many known processes, the ceramic powder additive forms no melt flow, but rather it is retained in its grain structure.

Die Korngrößen sowohl des aufzubrin-enden Metallpulvers als auch des Keramikpulvers sind in dem Hauptpatent mit vorzugsweise 1 bis ? I. jedoch kleiner als 5 u angegeben. Das Einbrennen wird bei Temperaturen von 1550 bis 1700' C in einer feuchten Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre vorgenommen.The grain sizes of both the metal powder and the ceramic powder to be applied are in the main patent with preferably 1 to? I. However, indicated as less than 5 u. The baking is carried out at temperatures of 1550 to 1700 ° C. in a humid hydrogen-nitrogen atmosphere.

Das Bestreben in der Metallkeramiktechnik besteht jedoch nach wie vor darin, derartige MetallkerLmikverbindungen bei Temperaturen durchführen zu können, die möglichst niedrig sind, da die benötigten Hochtemperaturschutzgasöfen sehr kostspielig sind. Gelingt es, Keramikmetallisierungen bei Temperaturen herzustellen, die annäherungsweise geringer sind als 1-150° C, so lassen sich äfen verwenden, die in ihrem gesamten Aufbau wesentlich unkomplizierter sind und auch viel leichter in größeren Abmessungen hergestellt werden können.However, the endeavors in metal-ceramic technology still persist before being able to carry out such metal-to-metal micro-connections at temperatures, which are as low as possible, since the required high-temperature protective gas furnaces are very expensive are. It is possible to produce ceramic metallizations at temperatures that approximate are lower than 1-150 ° C, so ovens can be used in their entirety Construction are much more straightforward and also much lighter in larger dimensions can be produced.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich daher mit einem Verfahren zur Metallisierung von reinsten Sintertenerdeke-amiken mit hohem bei Temperaturen, die unter der annäherungsweise genannten Temperatur von 1450'=C liegen. Dadurch ist es möglich, das in dem Hauptpatent vorgeschlagene Verfahren bei wesentlich geringerem Aufwand durchzuführen.The present invention is therefore concerned with a method for Metallization of the purest sintered earth with high temperatures that below the approximate temperature of 1450 ° C. This is it is possible to use the method proposed in the main patent at much less Effort to carry out.

Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, das Metallpulver und das keramische Pulver mit einer Korngröße kleiner als 0,5 u zu verwenden.According to the invention it is therefore proposed that the metal powder and to use the ceramic powder with a grain size smaller than 0.5 u.

Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß durch eine weitere Reduzierung der Korngröße der zusatzhaltigen Metallpaste sich bereits eine einwandfrei haftende Metallisierung einer Keramik mit einem hohen A1"0 Gehalt bei Temperaturen erreichen läßt, die kleiner sind als 1400° C. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Einbrennzeit dabei auf 1 bis 3 Stunden zu bemessen. Ebenso hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß der keramische Volumanteil der Metallpaste etwa 50% beträgt, was etwa 25 bis 30 Gewichtsprozent entspricht.Experiments have shown that a further reduction the grain size of the additional metal paste already adheres perfectly Achieve metallization of a ceramic with a high A1 "0 content at temperatures that are less than 1400 ° C. It has proven to be useful to reduce the burn-in time to be measured over 1 to 3 hours. It has also proven to be useful that the ceramic volume fraction of the metal paste is about 50%, which is about 25 to Corresponds to 30 percent by weight.

Als Metallpulver können beispielsweise Molybdänpulver, Manganpulver oder andere übliche Metallpulver verwendet werden. Zweckmäßig wird man auf eine solche aufgebrachte Schicht zur besseren Benetzung des Lotes noch eine zweite Metallisierungsschicht ohne Keramikzusatz aufbringen, die in ihrer Zusammensetzung den bisher bekannten Schichten entspricht. Beide Schichten können einzeln aufgetragen und eingebrannt werden; es ist aber auch möglich, beide Schichten nacheinander aufzubringen und in einem Einbrennvorgang aufzusintern. Dabei sollte auch die Metallpaste für die zweite Metallisierungsschicht eine Korngröße besitzen, die kleiner als 0,5 u ist. Im allgemeinen sollen sowohl die Pasten für die Grundschicht als auch die Pasten für die zweite Metallisierungsschicht in einer Stärke von etwa 15 bis 20 u aufgetragen werden.Molybdenum powder, manganese powder, for example, can be used as metal powder or other common metal powders can be used. Appropriate one becomes on one such an applied layer has a second metallization layer for better wetting of the solder without the addition of ceramics, the composition of the previously known Layers corresponds. Both layers can be applied and baked individually will; but it is also possible to apply both layers one after the other and to be sintered on in a baking process. The metal paste for the second metallization layer have a grain size which is smaller than 0.5 u. In general, both pastes should be used for the base layer as also the pastes for the second metallization layer with a thickness of about 15 can be applied up to 20 u.

Als Beispiel für eine Metallisierung von reinster Sintertonerdekeramik nach der vorliegenden Erfindung seien die nachstehenden Zusammensetzungen der Pasten angegeben. Auf diese Metallisierung trägt man zweckmäßig eine Nickelschicht auf, die bei 900 bis 1000° C in trockenemWasserstoff eingebrannt wird. DieKeramikteile sind hiernach fertig vorbereitet zum Verlöten mit Metallteilen in üblicher Weise mittels Silber, Silber-Kupfer, Gold-Kupfer oder anderen Hartloten.The following compositions of the pastes are given as an example of a metallization of the purest sintered clay ceramic according to the present invention. A nickel layer is expediently applied to this metallization and baked in dry hydrogen at 900 to 1000 ° C. The ceramic parts are then completely prepared for soldering to metal parts in the usual way using silver, silver-copper, gold-copper or other hard solders.

Zweckmäßigerweise wird man als Keramikzusatz zur Metallpaste die gleiche Keramik verwenden wie diejenige, die metallisiert werden soll; es können jedoch auch beispielsweise ZrO., und Mg0 verwendet werden. Dies ist keine Notwendigkeit, jedoch sollte der Schmelzpunkt dieses Keramikpulverzusatzes keinesfalls niedriger liegen als der der Keramik.Appropriately, the same is used as the ceramic additive to the metal paste Use ceramics like the one to be metallized; it can, however also, for example, ZrO., and MgO can be used. This is not a need however, the melting point of this ceramic powder additive should by no means be lower lie than that of ceramics.

Claims

Claims: 1. A method for the production of firmly adhering metallic coatings on the purest sintered clay ceramic, in which the ceramic is provided with a paste layer consisting of metal powder and fine-grain aluminum oxide powder, which is then burned into the ceramic according to Patent 1817 175, characterized in that the metal powder and the Aluminum oxide powder have a grain size smaller than 0.5 #t.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that a metal paste with a ceramic volume fraction of 35 to 65%, preferably 50%, is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that on the metallizing paste containing an additive a second, Metal paste containing no ceramic additive is applied, the grain size of which is smaller than 0.5 i.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that baking temperatures below 1400 ° C are used.

5. Procedure after a of claims 1 to 4, characterized in that the burn-in time is preferably 1 to 3 hours is measured.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized by baking in a humid hydrogen-nitrogen atmosphere happens. Publications considered: German Patent Specifications No. 969 200, 962232, 928 878, 888 668, 968 976, 699 019; B u d n i k o w, »Technologie der ceramic products ", 1950, especially p. 497, last paragraph, and p. 499, Row 4 to 9.