DE69407499T2 - Verfahren zur Herstellung einer stark haftenden Metallschicht auf gesintertes Aluminiumoxid, sowie auf diese Weise hergestelltes metallisiertes Produkt - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein dreistufiges Verfahren zum Erzeugen einer stark haftenden Metallschicht an einem gesinterten Aluminiumoxid-Substrat. Das im Rahmen der Erfindung beschriebene Verfahren ist speziell ausgelegt für das möglichst starke Haften eines Metalls an einem Substrat aus gesintertem Aluminiumoxid, und es ermöglicht, ein solches Haften auf effektive Weise zu erreichen.
• Die harten dielektrischen Werkstoffe, beispielsweise die keramischen Werkstoffe, weisen im allgemeinen geringe Kompatibilität bezüglich anderer Werkstoffe, beispielsweise bezüglich Metallen, auf Die interatomaren (ionischen) Verbindungen, die in den dielektrischen Werkstoffen vorhanden sind, sind ausreichend stark, um gleichzeitig ein leichtes Brechen (oder eine vollständige Trennung von Atomen) auf thermischem Wege und eine chemische Reaktion mit üblicherweise agressiven Substanzen, beispielsweise Säuren, zu vermeiden. Dies hat unter anderem zur Folge, daß die Schaffung einer Bindung dieser passiven Werkstoffe mit Metallen eine schwierige Aufgabe ist, zu deren Lösung bislang lediglich unvollkommene Verfahren entwickelt wurden.
• Neben dem gemeinsamen Merkmal der Ionizität sämtlicher harten dielektrischen Werkstoffe, ist jeder dieser Werkstoffe besonders speziell in Bezug auf seine Zusammensetzung und seinen Aufbau. Hieraus folgt, daß jedes der Metallisierungsverfahren, welches bislang für keramische Werkstoffe entwickelt wurde, spezifisch für ein gegebenes keramisches Material bleibt, ja sogar für eine spezielle Art der Herstellung dieses keramischen Materials, insbesondere aufgrund der Rolle, die Verunreinigungen und andere Defekte bei der Diffiision von Metall in dieses keramische Material spielt. Ein solcher Fall liegt bei gesinterten Keramikwerkstoffen vor. Diese Werkstoffe können körniges Material einer gegebenen Zusammensetzung enthalten, beispielsweise Al&sub2;O&sub3; (Aluminiumoxid), das mittels eines Bindemittels zusammengehalten werden. Dieses Bindemittel wird im allgemeinen gebildet aus dem Hochtemperatur-Glühen eines komprimierten Gemisches dieser Körner mit einem relativ geringen Anteil (zum Beispiel 0,02 bis 12 %) Silikatpartikel und/oder anderen Oxiden. Im Zuge des Glühprozesses werden letztere geschmolzen und bilden nach der Verfestigung ein amorphes Bindemittel, welches zwischen sich die Haupt-Körner verbindet und eine wesentliche Rolle beim Erhalt einer starren Struktur des bis dahin gesinterten Materials spielt. Die physikalischen Eigenschaften (insbesondere die mechanischen und thermischen Eigenschaften) des Sintermaterial hängen stark ab von diesem Bindemittel sowie von der Art und Weise, wie dieses gebildet wurde, das heißt von der Anfangs-Zusammensetzung sowie von dem Druck, der Temperatur und der Dauer des Sinterprozesses.
• Die Haupt-Spezifikation jeglicher Bindung Metall/Keramikwerkstoff liegt in der Bewertung des Haftens von Metall an Keramikwerkstoff, das heißt an dem Widerstand gegenüber einer mechanischen Kopplung zwischen der Oberfläche eines solchen Sinterwerkstoffs und einer darauf niedergeschlagenen Metallschicht. Der Großteil der bekannten Verfahren, die bislang für die Metallisierung der Oberfläche von gesintertem Aluminiumoxid entwikkelt wurden, leitet sich ab aus dem Einimpfen von Metallatomen oder -ionen in eine derartige Fläche, gefolgt von einer autokatalytischen Behandlung und - in einigen Fällen - einem elektrolytischen Niederschlagen von Metall. Das Einimpfen von Metall läßt sich zum Beispiel realisieren durch das Zersetzen von organometallischen Molekülen in der Nachbarschaft oder auf der metallisierten Fläche. Bei diesen Verfahren sieht man eine Vorbereitung der Oberfläche vor der Metallisierung vor, deren Hauptziel es ist, (i) die Oberfläche von unerwünschten Molekülen zu befreien, (ii) die effektive Oberfläche des als Substrat verwendeten Keramikmaterials dadurch zu vergrößern, daß man sie durch Mattschleifen rauh macht und (iii) auf dieser Oberfläche Defekte erzeugt, die möglicherweise beim Eintauchen des Substrats in die flüssige autokatalytische Lösung aktiv werden können und die Metallionen des Bads anziehen. Insofern ist die Vorbereitung langwierig, kostspielig und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit nur approximativ.
• Eine weitere Möglichkeit, die Oberfläche eines keramischen Werkstoffs zu impfen, besteht darin, zunächst die Oberfläche in der oben erläuterten Weise vorzubereiten (Reinigen, Mattschleifen und Erzeugen von Defekten), um anschließend auf die Oberfläche einen Anstrich aufzubringen, welcher atomares Molybdän (Mo) und Manganoxid (MnO&sub2;) enthält. Letztere Stoffe werden auf die Fläche aufgebracht, um spezifische Oberflächendefekte zu besetzen, beispielsweise Atom-Leerstellen, die gelegentlich entlang von Rissen oder anderen mikroskopischen Fehlstellen der Oberfläche vorhanden sind. An solchen Stellen können die Molybdänatome (Mo) oder Manganatome (Mn) gegebenenfalls einen Ersatz darstellen für Aluminiumatome (Al), wobei sie anschließend durch ionische Bindungen stark mit dem Aluminiumoxid-Gitter gekoppelt sind. Beim Eintauchen in ein autokatalytisches Bad können die aus dem Bad kommenden metallischen Ionen von diesen Mo- oder Mn-Atomen angezogen werden, um auf diese Weise einen metallischen Niederschlag hervorzurufen, der die Impfstellen des Metalls auf der Oberfläche des gesinterten Aluminiumoxids "verziert". Wenngleich man auf diese Weise eine wirksame Metallisierung erreichen kann, ist jedoch die effektive Verteilung dieser geimpften Stellen völlig unkontrollierbar, da sie einzig abhängt von dem Vorhandensein bereits früher her existierender Oberflächendefekte unterschiedlicher Typen, die beliebig auf der Oberfläche des gesinterten Aluminiumoxids verteilt sind. Ungewißheiten in Bezug auf die Beschaffenheit, die Konzentration und die Verteilung dieser verschiedenen Defekte können im Grenzbereich zwischen dem Aluminiumoxid und der Metallschicht zu beträchtlichen Inhomogenitäten führen, mithin zu einer unzuverlässigen Metall/Aluminiumoxid-Bindung. Außerdem ist die mit Hilfe dieser Verfahren erfolgende Metallisierung von Flächen mit präziser Geometrie oder geringen Abmessungen äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich, bedingt durch die approximativen Methoden, die dazu eingesetzt werden, die Oberfläche vorzubereiten und anschließend den metallhaltigen Aufstrich aufzutragen.
• Bei all den verschiedenen Formen der Vorbereitung der Oberfläche werden die Fragen des Haftens und der Steigerung des Haftens ausschließlich über die Möglichkeit angegangen, den physikalischen Aspekt der zu metallisierenden Fläche zu modifizieren, insbesondere durch Steigerung der effektiven Fläche des Keramikwerkstoffs, der in Berührung mit dem Bad gelangt. Ergänzend dazu und ungeachtet des Aspekts der Oberfläche vor der Metallisierung oder der verwendeten Methode zum Hinbringen von Metallatomen an die Fläche, kann das Haften gleichermaßen im Nachhinein gesteigert werden mit Hilfe einer Wärmebehandlung des metallisierten Werkstücks. Wenn man auf diese Weise vorgeht, werden die metallischen Atome, die sich an der Grenzfläche Metall/Keramikmaterial befinden, dazu gebracht, in das Innere des Keramikmaterials zu wandern, indem sie entlang den Korngrenzen diffundieren, oder in das Innere des Bindemittels bis zu einer gewissen Entfernung von der Werkstückoberfläche zu wandern. Diese Wanderung hängt ab von folgenden Faktoren: i) der Größe der Körner und der Verteilung der Korngröße, ii) dem Typ des Bindemittels, iii) den Parametern des verwendeten Diffusionsprozesses (Temperatur, Zeit und gegebe nenfalls deren Gradientenverteilungen), iv) Typ des Metallatoms und v) Beschaffenheit der Kopplung zwischen den Metallatomen und den Wirtsatomen (Aluminiumoxid und Bindemittel).
• Die obigen Punkte iv) und v) spielen eine wesentliche Rolle bei der Bewertung der Qualität der Bindung Metall/Keramikmaterial. Abhängig von der Wahl der an der Oberfläche gehaltenen Metallatome können an der Oberfläche des Aluminiumoxids und bis zu 1 oder 2 Nanometer in das Innere des Aluminiumoxids hinein auch Strukturen gebildet werden, die stark gebunden sind, indem diese Metallatome sowie die Aluminiumatome und der Sauerstoff aus dem Aluminiumoxid gebunden werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn man eine dünne Folie aus Titan (Ti) zwischen zwei Aluminiumoxid-Stücke einbringt, die fest miteinander verbunden werden sollen. Durch Aufbringen von Druck bei hoher Temperatur und unter einer gesteuerten, inerten Atmosphäre werden von den Teilen auf der einen und der anderen Seite der Titanfolie Ti-Atome dazu gebracht, den Platz von Al- Atomen an der Oberfläche des Aluminiumoxids einzunehmen, wodurch eine äußerst stabile ionische Dreiatom-Zusammensetzung gebildet wird. Dieser Verbindungstyp besitzt Eigenschaften, die zwischen jenen des Metalls und jenen des Aluminiumoxids liegen. Er bildet folglich das am besten angepaßte Grenzflächenmaterial zwischen dem Aluminiumoxid und jeder dicken Metallschicht. Dennoch ist sein Vorhandensein hier begrenzt auf die unmittelbare Nachbarschaft der Grenzfläche Metall/Sinter-Aluminiumoxid. Seine Wirksanikeit bezüglich der Bindung zwischen den zwei Materialien ist folg lich sehr stark eingeschränkt. Im übrigen läßt sich die im Rahmen dieses Beispiels beschriebene Methode nicht dazu verwenden, zwei Aluminiumoxid-Werkstücke miteinander zu "verschweißen". Sie ist nicht verwendbar für die direkte Metallisierung von getrennten Werkstücken aus Aluminiumoxid, insbesondere dann nicht, wenn die zu metallisierten Flächen sehr speziell sind.
• Wichtig sind auch zwei weitere Charakteristika des Haftens: die Tiefe beim Eindringen der Metallatome und die Homogenität (Glätte) der resultierenden Verteilung des Metalls auf der Oberfläche des Keramikmaterials. Aufgrund der großen Vielfalt der oben erläuterten Faktoren, welche das Wandern der Atome beeinflussen, verbleibt eine Unsicherheit bei der Vorhersage bezüglich des Eindringens und der Homogenität. Darüber hinaus und in einer noch bedeutenderen Art und Weise bleibt bei einem derartigen thermisch aktivierten Difiusionsprozeß, auch wenn die an das Metall/Keramikwerkstoff-Paar gelangte Temperatur genügend hoch ist, um schließlich die Metallschicht zum Schmelzen zu bringen (zum Beispiel 1100ºC), die Temperatur zu gering, um den Zusammenhalt des Wirt- Materials (der Keramik) zu modifizieren, welches üblicherweise bei wesentlich höheren Temperaturen (zum Beispiel bei etwa 2000ºC im Fall von gesintertem Aluminiumoxid) schmilzt. Demzufolge bleibt die Kristallinität des Wirt-Materials im Zuge des Diffusionsprozesses unverändert, und die Metallatome konnen im Zuge ihrer Diffusion nur über die Verbindungsstellen der Aluminiumoxid-Körner hinweggelangen. Die Bindungsenergie zwischen diesen Metallatomen und dem Aluminiumoxid-Gitter ist im übrigen begrenzt auf Werte in der Größenordnung von 0,2 bis 0,4 eV. Dies bedeutet, daß während des gesamten Verlaufs der zusätzlichen Wärmebehandlung die Metallatome veranlaßt werden, noch tiefer in das Innere des Keramikmaterials zu wandern und dabei die Oberflächenzone zu verarmen und die Gesamtbindung Metall/Keramikmaterial zu schwächen. Die daraus resultierende Alterung dieser Verbindung ist ein Hauptnachteil sämtlicher thermisch unterstützter Diffusionsprozesse, die üblicherweise dazu benutzt werden, das Hatten von Metall an gesintertem Aluminiumoxid zu verbessern. Die genauen Ziele der vorliegenden Erfindung sind i) für eine wesentliche Verbesserung des Haftens von Metall an gesintertem Aluminiumoxid zu sorgen und ii) eine erhöhte Stabilität bei der resultierenden Verbindung zwischen gesintertem Aluminiumoxid und dem Metall zu erreichen.
• Erfindungsgemäß wird die Verbesserung der Beständigkeit der Verbindung zwischen dem Metall und dem gesinterten Aluminiumoxid in folgenden drei aufeinanderfolgenden Stufen erreicht:
• a) Bestrahlen der Oberfläche des gesinterten Aluminiumoxidteils mit einem UV-Lichtstrahl, der von einer Excimerlaserquelle emittiert wird, die im gepulsten Betrieb arbeitet;
• b) Eintauchen des bestrahlten Teils in eine autokatalytische Lösung, welche Ionen des Metalls enthält, welches gleichmäßig auf die bestrahlten Zonen des Teils niedergeschlagen werden soll;
• c) Erwärmen des metallisierten Teils auf hohe Temperatur durch Löten oder durch Glühen in einer gesteuerten Inertgas-Atmosphäre.
• Die beiden ersten Stufen betreffen ein Metallisierungsverfahren von Keramikwerkstoffen, wie es in der Patentanmeldung EP 0 501 095 beschrieben ist.
• Wie in der vorerwähnten EP-Anmeldung beschrieben ist, dient die erste Stufe dazu, die Oberfläche des gesinterten Aluminiumoxids anzuschmelzen. Erreicht wird dies durch die Wirkung eines Excimerlaserstrahls, dessen Energiedichte beim Auftreffen auf das Werkstück einen gegebenen Schwellenwert von zum Beispiel 0,8 J/cm² übersteigt. Letztgenannter Wert kann in Abhängigkeit der Kennwerte (Struktur der Körner, Beschaffenheit des Bindemittels) des gesinterten Aluminiumoxids schwanken. Im Zuge der Bestrahlung, die zwischen 20 und 30 ns andauert, liegt die von dem bestrahlten Werkstück erreichte Temperatur oberhalb von 2000ºC. Das Teil dehnt sich aus und schmilzt an der Oberfläche sehr rasch. In der Folge verschwindet die an der Oberfläche vorhandene körnige Struktur. Das geschmolzene Material wird dann gebildet aus einem Gemisch aus zweiatomigen Quasi-Molekülen (AlO) und Sauerstoffatomen gemäß folgender Formel:
• Al&sub2;O&sub3;T2(AlO)+1/2O&sub2;
• Aufgrund der kinetischen Energie, welche die Quasi-Moleküle AlO und die Sauerstoffatome in dem Schmelzzustand annehmen, ergeben sich zwei Phänomene:
• i) Das Aluminiumoxid verdampft auf zwei parallelen, jedoch ungleichen Wegen: einerseits verlassen die AlO-Moleküle die Oberfläche des geschmolzenen Materials, um eine Gasphase zu bilden (AlO ist eine flüchtige Zusammensetzung), andererseits rekombinieren gewisse, durch die Emission der AlO-Moleküle freigesetzte Sauerstoffatome untereinander, um Sauerstoffinoleküle (O&sub2;) zu bilden, die ihrerseits die Oberfläche verlassen, um eine Gasphase zu bilden. Dieser zweite Weg ist aber viermal weniger effizient als ersterer, da bei jeweils vier Molekülen aus Aluminiummonoxid AlO nur ein einziges Sauerstoffmolekül entsteht: das Material verliert also bei der Verdampfüng doppelt so viel Aluminium wie Sauerstoff. Das Verdampfen des Aluminiumoxids führt folglich systematisch zu dessen Verarmung an Aluminium und seiner Anreicherung mit Sauerstoff;
• ii) Diejenigen Sauerstoffatome, denen es nicht gelingt, zu rekombinieren, wandern aus der Schmelzzone des Aluminiumoxids heraus, um sich auf der der kälteren Seite des Volumens zugewandten Fläche abzusetzen, entsprechend den klassischen Gesetzen der Diffusion.Dieses zweite Phänomen bewahrt folglich die Anreicherung des massiven Aluminiumoxids, welches eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts besitzt, mit atomarem Sauerstoff.
• Nach dem Abbrechen der Laserbestrahlung erstarrt die flüssige Oberflächenschicht und verfestigt sich. Es ist also dieser Bereich des Materials, der im Vergleich zu dem Volumen des Werkstücks dann am kältesten ist. Die Sauerstoffatome, die zum größten Teil von dieser Oberfläche entfernt waren (aufgrund der oben erläuterten Anreicherung) wandern folglich aufs Neue und kehren in Richtung Oberfläche zurück. Dann integrieren sie sich in die Aluminiumoxidkörner, die sich im Zuge der Verfestigung neu bilden, und die eine Größe zwischen 5 und 10 Mikrometer besitzen. Der kristalline Aufbau dieser Aluminiumoxidkörner an der Oberfläche läßt sich durch Röntgenstrahlbeugung bei streifender Bestrahlung folgendermaßen analysieren:
• i) An der Oberfläche der Körner und bishin zu einer Tiefe von 20 Nanometer gibt es ausschließlich Aluminiumoxid der Phase γ ohne jegliche amorphe oder Glasphase.
• ii) Zwischen 20 und 800 Nanometer ausgehend von der Oberfläche der Körner die stark texturierte α-Phase von Aluminiumoxid;
• iii) Jenseits von 800 Nanometer von der Oberfläche der Körner, die nicht-texturierte α-Phase von Aluminiumoxid.
• Die γ-Phase des Aluminiumoxids läßt sich beschreiben als ein an kationischen Leerstellen reiches Spinell, in welchem eine von drei Aluminium- Stellen leer ist. Die entsprechende chemische Zusammensetzung (Al&sub4;O&sub9;) kann auch einhergehen mit einem Gitter der Phase α, angereichert mit einem Sauerstoffatom für jedes Sauerstoff-Atompaar gemäß folgender Gleichung:
• 2Al&sub2;O&sub3;+3/2O&sub2;TAl&sub4;O&sub9;.
• Der Mechanismus der Anreicherung des Aluminiumoxids mit Sauerstoff, wie er oben erläutert wurde (und der Folge ist der Aluminiumoxid- Schmelze, gefolgt von deren AlO-selektiver Verdampfüng) sorgt äußerst exakt für diese Anreicherung gemäß folgender Gleichung:
• 3 Al&sub2;O&sub3;T6AlO+3/2O&sub2;.
• Die nicht gesättigte Spinell-Struktur der γ-Phase bildet außerdem ein metastabiles, "offenes" Gitter, in welchem der Elektronentransport wie bei einem n-leitenden Halbleiter besonders begünstigt ist.
• Darüber hinaus stellt jede kationische Leerstelle in dem "offenen" Gitter eine Fangstelle für jedes Kation dar, welches beispielsweise aus einer autokatalytischen Lösung stammt. Bei diesem Prozeß wird das Metallion dazu gebracht, eine kationische Stelle zu besetzen. Es wird also gebunden an benachbarten Sauerstoffatomen aufgrund von Bindungen durch ionische Kräfte. Die Stärke dieser Ionenbindung liegt in der Größenordnung von 7 eV, verglichen mit der Kuppelenergie (0,2 bis 0,4 eV) zwischen einer Oberfläche und den nicht reaktiv absorbierten Metallatomen.
• Da die Phase γ lediglich an der Oberfläche des gesinterten Aluminiumoxids nach der Bestrahlung mit dem Excimerlaserstrahl vorhanden ist, dessen Energiedichte oberhalb des Schwellenwerts liegt, läßt sich die Oberflächen- Empfindlichkeit des so bestrahlten Aluminiumoxids bezüglich des autokatalytischen Bads vollständig dieser γ-Phase zuschreiben. Diese Empfindlichkeit ist außerdem die größte Empfindlichkeit, die sich an der Oberfläche des gesamten Aluminiumoxids erzielen läßt. Tatsächlich ist i) die Verteilung der kationischen Leerstellen, die sich in der γ-Phase ergibt, die höchstmögliche Verteilung im Hinblick auf die Wertigkeiten von Aluminium bzw. Sauerstoff, und ii) diese Verteilung periodisch innerhalb der γ-Phase. Demzufolge ist die Grenzfläche zwischen dem gemäß den vorgenannten Kenngrößen bestrahlten Aluminiumoxid und der durch Autokatalyse niedergeschlagenen Metallschicht homogen.
• Diese Charakteristika der Grenzfläche Metall/Aluminiumoxid (das heißt eine ionische Bindung und eine Homogenität), wie sie mittels der zwei ersten erfindungsgemäßen beschriebenen Verfahrensstufen erzielt werden, gewährleisten die Bedingungen, die notwendig sind, um einen optimalen Kontakt zwischen dem Wirts-Material und der Metallschicht zu erreichen. Dennoch reichen sie nicht aus, um ein erhöhtes Haften zu erzielen, welches in einer großen Anzahl untersuchter Anwendungsmöglichkeiten gefordert wird. Um die Beständigkeit der Bindung zwischen dem Metall und dem gesinterten Aluminium noch mehr zu steigern, ist eine dritte (und letzte) Stufe des Verfahrens erforderlich. In dieser dritten Stufe werden die Metallatome, die zunächst mit Hilfe des autokatalytischen Niederschlags auf der mittels Laserstrahl bestrahlten Aluminiumoxid-Oberfläche niedergeschlagen wurden, dazu gebracht, in das Innere des Aluminiumoxids der Phase γ einzudiffiindieren, um sämtliche zur Verfügung stehenden Leerstellen zu besetzen. Erreicht wird dies durch Erwärmung des metallisierten Aluminiumoxids auf eine erhöhte Temperatur in der Weise, daß die Metallatome über die Grenzfläche Metall/Keramikwerkstoff diffundieren. Wie oben erwähnt, befindet sich die γ-Phase auf der gesamten Oberfläche der Aluminiumoxid-Körner, die sich im Inneren des Oberflächenvolumens des Aluminiumoxid-Substrats befinden, eingeschlossen diejenigen Flzchenbereiche dieser Körner, die nicht in Richtung der Außenfläche des gesinterten Aluminiumoxid-Substrats orientiert sind. Die zwangsweise Diffusion der Metallatome führt zu der totalen Belegung sämtlicher kationischen Leerstellen in den Grenzen der Aluminiumoxid-Oberflächenkörner. Das Endprodukt bei dieser Diffusion ist die Synthese einer gesättigten (Al&sub4;M&sub2;O&sub9;)-Spinell- Struktur hoher Dichte, die Aluminium, Sauerstoff und Metallatome aus der Diffusion (M) beinhaltet. Dieser Syntheseprozeß entspricht einer effektiven Substitution eines Drittels der Aluminiumatome in dem ursprünglichen Al&sub2;O&sub3;, einer Substitution, die jedoch einhergeht mit einer beträchtlichen Symmetrieverringerung des resultierenden Materials im Vergleich zu derjenigen der α-Phase des Aluminiumoxids. Diese ternäre ionische Zusammensetzung bildet folglich ein ineinandergeschachteltes, durchgehendes und dichtes Material zwischen dem Aluminiumoxid und dem Überzugmetall. Die mechanischen Eigenschaften des neuen zwischengeschalteten Materials liegen zwischen jenen des Metalls und jenen des Muminiumoxids und gewährleisten so das bessere Haften zwischen den verbundenen Werkstoffen durch:
• - eine interatomare ionische Verbindung,
• - eine gesättigte, ternäre Spinell-Struktur als Zwischenmaterial zwischen dem Metall und dem Aluminiumoxid,
• - eine vollständige Homogenität (das heißt eine Kontinuität) der Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Muminiumoxid, und
• - eine morphologische Stabilität an der Grenzfläche im Hinblick auf verschärfte Einsatzbedingungen.
• Das Vorhandensein der ternären Zwischen-Zusammensetzung ist nicht beschränkt auf die unmittelbare Nachbarschaft (1 oder 2 Nanometer) der Aluminiumoxid-Oberfläche, sondern erstreckt sich vielmehr weiter in die Tiefe (20 Nanometer) in Richtung des Inneren des Volumens der Oberflächenkörner. Sie kann gleichermaßen auch entfernte Teile besitzen, die soweit entfernt sind wie die Rückseite dieser Oberflächen-Körner, um auf diese Weise die Metallschicht an einem umfangreichen Volumen des Aluminiumoxid-Werkstücks zu fixieren.
• Die Metallatome, welche die leeren Stellen (Al) der γ-Phase belegen können, und welche die starken Bindungen (kovalente oder ionische Bindungen) mit ihren Nachbaratomen bilden, ohne mechanische Spannungen in das Atomgitter einzubringen, besitzen einen kovalenten Radius Rc, der identisch ist mit oder nahezu identisch ist mit dem von Aluminium, das heißt Rc = 0,118 Nanometer (nm). Die bestmöglichen Metalle, die in diese Kathegorie fallen, sind: Chrom (0,118 nm), Mangan (0,117 nm), Eisen (0,117 nm), Kobalt (0,116 nm), Nickel (0,115 nm), Kupfer (0,117 nm), Arsen (0,120 nm) und Seien (0,116 nm).
• Einige dieser Metalle (so zum Beispiel Nickel und Kupfer) können dadurch mittels autokatalytischen Niederschlags aufgebracht werden, daß man aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen verwendet. Andere Metalle können gleichermaßen die vakanten Leerstellen der γ-Phase belegen, jedoch mit gewissen Rest-Beschränkungen. Es sind dies Lithium (0,23 nm), Vanadium (0,122 nm), Zink (0,125 nm), Germanium (0,122 nm), Brom (0,114 nm), Ruthenium (0,125 nm), Rhodium (0,125 nm), Tellur (0,126 nm), Iridium (0,127 nm) und Palladium (0,128 nm).
• Im folgenden wird ein nicht beschränkend zu verstehendes Beispiel angegeben, welches das erfindungsgemäße Metallisierungsverfahren veranschaulicht.
Beispiel
• Ein Flachstück aus gesintertem Aluminiumoxid (Dicke: 0,6 mm), welches Aluminiumoxid-Körner mit Abmessungen zwischen 1 und 2 Mikrometer enthält und eine Gesamtreinheit von 99,6% aufweist, wird zunächst mit einer Serie von 10 aufeinanderfolgenden Impulsen bestrahlt, die von einem Strahl eines Excimerlasers gebildet werden, der bei einer Wellenlänge von 248 nm arbeitet, wobei die Energiedichte auf der Oberfläche des Aluminiumoxids 0,485 mJ/cm² beträgt. Nach dem Bestrahlen wird das Aluminiumoxid-Flachstück 45 Minuten lang in eine autokatalytische Standard- Kupfer-Plattierlösung eingetaucht, die auf 30ºC gehalten wird, und auf dem bestrahlten Bereich des Flachstücks wird eine Kupferschicht mit einer Dicke von 3 Mikrometer gebildet. Anschließend erfolgt ein Glühen des metallisierten Flachstücks durch 10 Minuten langes Erhitzen des Flachstücks in einem Ofen bei 300ºC. Das Haften der Metallschicht an dem Aluminiumoxid- Werkstück wird mit Hilfe eines Zugversuchs geprüft, bei dem ein Ende eines Kupferdrahts durch Niedertemperatur-Löten an die Metallschicht gelötet wird. Bei Beanspruchung auf Zug reicht die zum Abtrennen des Drahts von dem metallisierten Aluminiumoxid aufgebrachte Kraft aus, das Flachstück zu zerbrechen, ohne daß der Draht selbst sich von dem Flachstück löst. Ohne Wärmebehandlung eines in ähnlicher Weise metallisierten Aluminiumoxid-Flachstücks, das heißt direkt nach den ersten beiden Stufen des Verfahrens, beträgt die Zugkraft zum Abtrennen des Drahts von dem Flachstück etwa 30 Megapascal.
• Es sollte verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung in keiner Weise beschränkt ist auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern daß Modifikationen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Metallisieren einer Oberfläche eines Teils aus gesintertem Aluminiumoxid mit einer stark an der Oberfläche haftenden Metallschicht, wobei dieses Verfahren die Bestrahlung der zu metallisierenden Oberfläche mit einem Lichtstrahl, der durch eine Excimerlaserquelle emittiert wird, und das Tauchen des mit dem Laser behandelten Teils aus Aluminiumoxid in ein Bad aufweist, das autokatalytisches Metall enthält, um mittels autokatalytischen Plattierens die mit dem oben genannten Laser behandelte Oberfläche mit dem in dem Bad enthaltenen Metall zu überziehen, dadurch gekennzeichnet, daß es die Warmbehandlung des metallisierten Teils bei einer ausreichend hohen Temperatur aulweist, um eine Diffusion des Metalls der beim Tauchen gebildeten Metallschlcht in das Teil aus Aluminiumoxid einzuleiten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benutzte Laserquelle eine Excimerlaserquelle ist, die dem bestrahlten Teil aus Aluminiumoxid eine Energiedichte verschafft, die ausreichend ist, um die bestrahlten Zonen der Oberfläche des Teils zu schmelzen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Unterbrechung der oben genannten Laserbestrahlung und einer Verfestigung der geschinolzenen Oberflächenzonen des oben genannten Teils eine feine γ-Phase- Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche des bestrahlten Teils aus gesintertem Aluminiumoxid, wobei diese feine γ-Phase-Schicht eine Dicke von mindestens gleich 20 Nanometern aufweist, über einer α-Phase texturierten Aluminiumoxids erhalten wird, die eine Tiefe von 1 Mikrometer in dem Teil aus Aluminiumoxid erreichen kann.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das autokatalytische Bad Metallatome enthält, die in einer autokatalytischen Lösung verwendbar sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf autokatalytischem Wege auf die bestrahlten Zonen des Teils aus Aluminiumoxid abgelagerten Metallatome aus der Gruppe ausgewählt sind, die Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nikkel, Kupfer, Arsen und Selen aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das metallisierte Teil bei einer ausreichenden Temperatur erwärmt wird, um die Metalldiffusion in der Aluminiumoxid-γ-Phase einzuleiten.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es gestattet, die Synthese einer ternären Verbindung einzuleiten, die Atome des diffundierten Metalls aufweist, die stark an Sauerstoff- und Aluminiumatomen gekoppelt sind, um Ionen- oder Atombindungen zu bilden.