中低溫金屬化配方的研制及應用
討論了在不使用二氧化錳及不熔煉玻璃相的前提下,確定以鉬為主體,錳-鋁-硅為三元玻璃相,添加一定添加劑改變性態的方式,研制了1380～1420℃的金屬化配方,并成功應用于生產。降低了生產成本,在技術上增強了金屬化膏劑工藝的穩定性及可控制性,質量上可提高產品的一致性。
陶瓷金屬化管殼主要用于陶瓷真空開關管產品,起絕緣和真空密封的作用。在世界范圍內,真空開關具有獨特優點,廣泛應用于煤炭、鐵路、石油、冶金、化工、輸變電等行業中,也是國民經濟發展中重
要的不可缺少的應用領域�；谀壳拔覈娏Πl展的需要,電子陶瓷金屬化產品特別是95-Al2O3陶瓷產品在近年來有了大量的發展。目前隨著我國電力事業的發展,特別是中高壓設備的普及,用于生產真空滅弧室的三大部件之一的陶瓷管殼目前在國內出現大量的需求,國內仍在進口大量的金屬化陶瓷管殼。本研究通過大量的工廠實地試驗,對95-Al2O3電子陶瓷金屬化配方的設計思路及結果進行論述,供大家參考。
就目前來說,所使用的金屬化配方有以下幾個特點:傳統配方成分比較復雜;中低溫金屬化配方的個別原材料(如二氧化錳) 成本極高;金屬化配方中硅酸錳的制備需要使用專用設備及器具,如:高頻感應加熱爐,高純度石墨坩堝等,并且制備工藝非常復雜,過程難以用工藝量化從而做到有效的控制。因此,金屬化配方的上述弱點,一直是制約金屬化產品質量穩定的一個關鍵因素。
在陶瓷金屬化過程中經常遇到如下問題:金屬化強度偏低,抗拉強度低,表面鎳層起泡等問題,此不斷研究提高金屬化工藝水平,對于提高產品質量,促進真空電子器件的發展至關重要。從降低成本,增強技術的可控性以及質量的穩定性方面,應從以下幾個方面進行考慮。
1、配方的確定
目前所普遍采用的是Mo-Mn法為基礎的金屬化配方,其工藝流程如圖1所示。
圖1 工藝流程圖
Mo粉是金屬化層的主體,在金屬化的過程中,Mo本身只有一定程度的燒結,在Mo粉中摻入適量的玻璃物質,會提高Mo的燒結密度,當玻璃質過多或成分不當時,Mo的燒結密度反而下降。另外,Mo粉的粗細,也是一個關鍵,根據燒結理論,當表面能提高,晶體缺陷加大會使其活性增加,從而降低燒結溫度,并且可以提高封接強度。實際工藝中的Mo粉不可能是單一粒度,當Mo粉過細,也會給涂膏和封接強度帶來影響。
金屬化涂層的厚度應該適當,金屬化時玻璃相填充燒結Mo層的孔隙,若涂層太薄,金屬化溫度又高,則玻璃相就有可能到涂層表面,影響電鍍Ni ,產生鎳層起泡、強度降低等現象;若涂層太厚,而Mo層燒結不好,玻璃相未能填滿Mo層孔隙,則容易造成漏氣,使封接強度下降。一般認為,金屬化與陶瓷的過渡區域是Mn與玻璃相的作用區域。當Mn的量提高,Mn離子與玻璃相作用并滲入到瓷中,當金屬化層過厚,過渡區達到飽和狀態,反而會帶來不利影響。足夠厚的過渡區是金屬化層與瓷牢固粘結的重要條件,因此涂層應有適當的厚度。
另外,需要考慮的是玻璃相,金屬化層中的玻璃態物質,可能來自陶瓷,也可能來自金屬化配方本身的玻璃熔體。玻璃相的粘度對封接有較大的影響,當粘度過高,需要提高金屬化溫度或延長保溫時間,此時可以通過添加一定的活化劑來增加玻璃相的數量,同時可以降低玻璃相的粘度。在金屬化層中,Mo不是分散獨立的金屬粉,玻璃相濕潤整個Mo燒結體,可以說,玻璃相、Mo 和Al2O3三者的膨脹系數彼此接近,將有利于封接強度的提高。在實際生產中,金屬化過程中玻璃相的成分一直是處于不平衡的狀態,在升溫時玻璃相會隨時溶入其它氧化物,而在降溫時又隨時有不同的晶相析出。玻璃相在Mo上的潤濕情況的變化要考慮Mo在露點提高時Mo被氧化以及隨之發生的與玻璃相的作用。在對玻璃相含量相對較少的95 瓷進行金屬化時,多半是在普通的Mo-Mn配方中添加一定的組分,使其在金屬化條件下變成玻璃熔體,此熔體既要與95瓷很好的作用,又要對Mo層有很好的潤濕�；罨瘎┏霈F熔體的溫度是選擇配方的主要參考因素之一,可以借助于相圖來調整活化劑的熔點,以期達到所需要的溫度。
從以上幾個方面考慮,結合實際生產,本次探在不使用二氧化錳及不熔煉玻璃相的前提下,以鉬為主體,錳-鋁-硅為三元玻璃相,添加一定添加劑改變性態的方式,確定高溫配方組成。配方的確定主要從以下幾個方面入手:
