前言
金属化浆通常由金导电相、粘结剂相和有机载体组成,以不同比例均匀混合制成金属浆料,通过丝网印刷、喷枪喷涂或其他工艺涂覆到陶瓷基板表面,金属和陶瓷经高温共烧后密封。
导电相
导电相是指金属浆料中的导电颗粒,金属浆料根据导电相的不同可分为***浆料和贱金属浆料。 浆料是指以Au、Ag等及其合金为导电相的一种导电浆料,在厚膜元件及其电路中应用较为广泛。 浆料的理化性能相对稳定,但由于价格高昂,其开发和应用受到限制。 为了找到替代最佳浆料的材料,人们开始研究贱金属材料。 贱金属浆料主要包括铜浆、镍浆、钼锰浆和钨浆。
CU导电浆料
使用Cu作为导电相的金属浆料具有许多优点,例如导电性好,可用于多层结构,易于印刷,生产成本低。 表1-3是各种Cu浆液的组成,Cu含量在73-80wt%之间,并含有微量的Mg、Ag、Mn等物质。
Cu浆料通常印刷在Al2O3陶瓷基板或厚膜介电层上,干燥后在N2气氛中烧成,但烧成气氛中O2的含量会对浆料中的物质产生很大影响。
NI导电浆料
镍导电浆通常印在玻璃基板表面,烧结气氛一般为大气压或N2,有时在还原气氛中烧结,烧结温度一般在600°C左右。 但是,Ni的可焊性和导电性不如Cu,因此需要浸入锡中,并且焊区需要研磨或覆盖AG或AG-PB等导体。 表1-4列出了NI和AL导电浆料的特性。
钼锰(Mo-Mn)导电浆料
MO-MN浆料广泛应用于陶瓷和金属的密封工艺中,利用MO-MN浆料对陶瓷进行金属化的方法通常称为MO-MN法。 MO-MN法是将金属MO或MO和MN与有机载体的混合粉末混合成金属浆状,然后将浆料涂覆在陶瓷生坯表面,然后在湿氢或惰性气氛中高温烧结,在烧结金属层表面镀镍后进行钎焊,实现金属和陶瓷的密封。
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根据众多学者的研究,陶瓷和金属的密封机理主要包括以下两个方面:
(1)玻璃相的迁移。 在高温烧结过程中,陶瓷基体中的玻璃相和金属浆体中的玻璃相相互迁移,分别润湿金属颗粒和陶瓷,并在冷却过程中将金属和陶瓷密封在一起。
2)化学反应。陶瓷基体中的烧结助剂和金属浆体中的无机氧化物会发生化学反应,形成新的化合物,有利于提高陶瓷和金属的密封强度。
钨(W)导电膏
由于金属W的高熔点达到3140°C,电热转换效率高,钨是许多电加热材料制备中的首选原料。 与使用Mo-MN浆料金属化Al2O3陶瓷相比,关于使用钨浆的研究相对较少。
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通过众多学者对W浆料的不断研究,得出W浆料具有以下特点:
(1)线膨胀系数小,其值为46 10-6°C,氧化铝陶瓷的膨胀系数约为
6 10-6°C,接近钨浆的膨胀系数,因此烧结时金属和陶瓷的结合强度较高。
(2)钨浆的粘度可根据粉末和有机载体的不同比例进行调节
丝网印刷要求在相同条件下;
(3)钨浆中钨颗粒的粒径一般<2μm,分散性好;
(4)可用于金属和陶瓷在较高温度下的共烧;
(5)适用于1300-1700°C高温
引用:
金属陶瓷加热元件的制备及电阻温度系数的调控
武汉理工大学工学硕士**。
作者姓名:朱峰。