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(tài)的方式,研制了1380～1420℃的金屬化配方,并成功應用于生產(chǎn)。降低了生產(chǎn)成本,在技術(shù)上增強了金屬化膏劑工藝的穩定性及可控制性,質(zhì)量上可提高產(chǎn)品的一致性。
陶瓷金屬化管殼主要用于陶瓷真空開(kāi)關(guān)管產(chǎn)品,起絕緣和真空密封的作用。在世界范圍內,真空開(kāi)關(guān)具有獨特優(yōu)點(diǎn),廣泛應用于煤炭、鐵路、石油、冶金、化工、輸變電等行業(yè)中,也是國民經(jīng)濟發(fā)展中重
要的不可缺少的應用領(lǐng)域�；谀壳拔覈娏Πl(fā)展的需要,電子陶瓷金屬化產(chǎn)品特別是95-Al2O3陶瓷產(chǎn)品在近年來(lái)有了大量的發(fā)展。目前隨著(zhù)我國電力事業(yè)的發(fā)展,特別是中高壓設備的普及,用于生產(chǎn)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(jìn)口大量的金屬化陶瓷管殼。本研究通過(guò)大量的工廠(chǎng)實(shí)地試驗,對95-Al2O3電子陶瓷金屬化配方的設計思路及結果進(jìn)行論述,供大家參考。
就目前來(lái)說(shuō),所使用的金屬化配方有以下幾個(gè)特點(diǎn):傳統配方成分比較復雜;中低溫金屬化配方的個(gè)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(zhuān)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(guò)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(diǎn),一直是制約金屬化產(chǎn)品質(zhì)量穩定的一個(gè)關(guān)鍵因素。
在陶瓷金屬化過(guò)程中經(jīng)常遇到如下問(wèn)題:金屬化強度偏低,抗拉強度低,表面鎳層起泡等問(wèn)題,此不斷研究提高金屬化工藝水平,對于提高產(chǎn)品質(zhì)量,促進(jìn)真空電子器件的發(fā)展至關(guān)重要。從降低成本,增強技術(shù)的可控性以及質(zhì)量的穩定性方面,應從以下幾個(gè)方面進(jìn)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(guò)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(zhì),會(huì )提高M(jìn)o的燒結密度,當玻璃質(zhì)過(guò)多或成分不當時(shí),Mo的燒結密度反而下降。另外,Mo粉的粗細,也是一個(gè)關(guān)鍵,根據燒結理論,當表面能提高,晶體缺陷加大會(huì )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(shí)際工藝中的Mo粉不可能是單一粒度,當Mo粉過(guò)細,也會(huì )給涂膏和封接強度帶來(lái)影響。
金屬化涂層的厚度應該適當,金屬化時(shí)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(chǎn)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(mǎn)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(guò)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(guò)厚,過(guò)渡區達到飽和狀態(tài),反而會(huì )帶來(lái)不利影響。足夠厚的過(guò)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(tài)物質(zhì),可能來(lái)自陶瓷,也可能來(lái)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(guò)高,需要提高金屬化溫度或延長(cháng)保溫時(shí)間,此時(shí)可以通過(guò)添加一定的活化劑來(lái)增加玻璃相的數量,同時(shí)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(gè)Mo燒結體,可以說(shuō),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(shí)際生產(chǎn)中,金屬化過(guò)程中玻璃相的成分一直是處于不平衡的狀態(tài),在升溫時(shí)玻璃相會(huì )隨時(shí)溶入其它氧化物,而在降溫時(shí)又隨時(shí)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(diǎn)提高時(shí)Mo被氧化以及隨之發(fā)生的與玻璃相的作用。在對玻璃相含量相對較少的95 瓷進(jìn)行金屬化時(shí),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(lái)調整活化劑的熔點(diǎn),以期達到所需要的溫度。
從以上幾個(gè)方面考慮,結合實(shí)際生產(chǎn),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(tài)的方式,確定高溫配方組成。配方的確定主要從以下幾個(gè)方面入手:
