陶瓷金属化烧结
LTCC工艺技术
LTCC工艺技术LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）工艺技术是一种在低温条件下烧结陶瓷材料的方法。
这种技术可以用于制造封装电子元件和模块，具有优异的电性能和热性能。
LTCC工艺技术主要包括以下几个步骤：材料配方、成型、腐蚀、烧结和金属化。
首先是材料配方。
LTCC工艺使用的材料主要包括玻璃陶瓷粉末、导电粉末和粘结剂。
这些材料需要按照一定比例混合，以获得所需的性能。
接下来是成型。
材料混合后，需要将其压制成所需形状的坯体。
这可以通过注塑、压制或印刷等方法实现。
成型后的坯体需要经过一定的干燥时间，以去除水分和溶剂。
然后是腐蚀。
在LTCC工艺中，腐蚀用于形成金属导线和连接器等微细结构。
通常使用酸性或碱性溶液进行腐蚀处理。
腐蚀后的坯体需要经过清洗和干燥，以去除残留物。
接下来是烧结。
烧结是LTCC工艺中最关键的步骤之一。
烧结过程中，材料在高温下发生结晶和固化，形成致密的陶瓷基体。
整个烧结过程需要一定的时间和温度控制，以保证物料的质量和性能。
最后是金属化。
烧结后的陶瓷基体通常需要进行电极的加工和连接器的植入。
这可以通过蒸发、溅射或印刷等方法实现。
金属化后的样品需要经过一定的热处理和测试，以确保电性能和可靠性。
LTCC工艺技术具有以下几个优点：首先，LTCC工艺可以制造出尺寸精密、形状复杂的器件。
因为该工艺使用的材料可以进行精确的成型和烧结，可以实现微米级精度的加工。
其次，LTCC工艺可以制造出高可靠性和高性能的器件。
由于采用了先进的陶瓷材料和金属化工艺，所制造的器件具有卓越的电性能和热性能。
第三，LTCC工艺可以实现多功能集成。
由于该工艺可以对不同材料进行层叠和金属化，可以制造出多层、多功能的器件和模块。
这种集成化设计可以大大提高器件的性能和可靠性。
综上所述，LTCC工艺技术是一种重要的工艺方法，可以用于制造高可靠性和高性能的封装电子元件和模块。
随着电子产品的不断发展，LTCC工艺技术有望在电子制造领域发挥越来越重要的作用。
陶瓷金属化
1 陶瓷金属化
.
2 陶瓷金属化原理
陶瓷金属化
编辑
目录
陶瓷金属化产品的陶瓷材料为分为 96 白色氧化铝陶瓷和 93 黑色氧化铝陶瓷，成型方法为流延成型。类型主要 是金属化陶瓷基片，也可成为金属化陶瓷基板。金属化方法有厚膜法和共烧法。产品尺寸精密，翘曲小；金属和陶 瓷接合力强；金属和陶瓷接合处密实，散热性更好。可用于 LED 散热基板，陶瓷封装，电子电路基板等。
陶瓷金属化
编辑
陶瓷金属化是在陶瓷表面牢固地粘附一层金属薄膜，使之实现陶瓷和金属间的焊接，现有钼锰法、镀金法、镀 铜法、镀锡法、镀镍法、LAP 法（激光后金属镀）等多种陶瓷金属化工艺。 中文名
陶瓷金属化
含义
陶瓷表面牢固地粘附一层金属薄膜
方法
钼锰法、镀金法、镀铜法、镀锡法
陶瓷材料
96 白色氧化铝陶瓷等
.
. .
碳酸银或氧化银还原阶段（410~600℃）
. .
助溶剂转变为胶体阶段（520~600℃）
. .
金属银与制品表面牢固结合阶段（600℃以上）
.
陶瓷金属化步骤
1、煮洗
2、金属化涂敷
3、一次金属化（高温氢气气氛中烧结）
4、镀镍
5、焊接
6、检漏 7、检验
陶瓷的金属化与封接是在瓷件的工作部位的表面上，涂覆一层具有高导电率、结合牢固的金属薄膜作为电极。 用这种方法将陶瓷和金属焊接在一起时，其主要流程如下：
陶瓷表面做金属化烧渗→沉积金属薄膜→加热焊料使陶瓷与金属焊封
目前，国内外以采用银电极最为普遍。整个覆银过程主要包括以下几个阶段：
.
黏合剂挥发分解阶段（90~325℃）
陶瓷在金属化与封接之前，应按照一定的要求将一勺接好的瓷片进行相关处理，以达到周边无毛刺、无凸起， 瓷片光滑、洁净的要求。在金属化与封接之后，要求瓷片沿厚度的周边无银层点。
陶瓷和金属焊接方法
陶瓷和金属焊接方法：1、烧结金属粉末法原理：在特定的温度和气氛中，先将陶瓷表面进行金属化处理，使得瓷件带有金属性质，再用熔点比母材低的钎料将金属化后的瓷件与金属进行连接。
其核心思路是将陶瓷与金属的封接转变为金属与金属的封接，从而降低工艺难度。
步骤：包括清洗、涂膏、金属化、镀镍、装架和钎焊等步骤。
在金属化过程中，陶瓷表面会涂上一层金属粉末，并在高温下烧结形成涂层。
随后，通过钎焊将金属化的陶瓷与金属连接起来。
注意事项：在烧结金属粉末法工艺中，最大的问题是钎料无法润湿陶瓷表面，这可能会阻碍后续的金属与陶瓷的封接过程。
为了解决这个问题，科学家们尝试了多种方法，如预金属化采取活化Mo-Mn法、二次金属化采取镀Ni处理，并使用Ag72Cu28钎料在800℃左右温度下进行钎焊。
2、陶瓷基板直接覆铜法（DBC）原理：基于Al2O3陶瓷基板的一种金属化技术。
具体过程是将陶瓷基板与无氧铜置于高温和一定的氧分压条件下，使Cu表面氧化生成一层Cu2O共晶液相薄层，润湿Al2O3陶瓷和Cu。
当加热温度高于共晶温度且低于Cu熔化温度时，液相中Cu2O与Al2O3发生化学反应，在铜与陶瓷之间形成一层很薄的过渡层，实现金属与陶瓷的连接。
应用：AlN陶瓷基板敷铜是基于DBC工艺发展起来的，具有更高的导热性和优良的电绝缘性，广泛应用在新型的半导体封装材料上。
3、钎焊连接原理：利用陶瓷/金属母材之间的钎料在高温下熔化，其中的活性组元与陶瓷发生化学反应，形成稳定的反应梯度层，将两种材料结合在一起。
特点：钎焊连接是一种常用的陶瓷与金属连接方法，具有工艺简单、成本低廉等优点。
但需要注意的是，由于陶瓷与金属的热膨胀系数差异较大，钎焊过程中可能会产生较大的热应力，导致焊接接头开裂。
4、固相压力扩散焊原理：在较高温度和一定外力作用下，使陶瓷-金属表面紧密接触，金属母材发生一定的塑性变形，便于原子的扩散，促使两种材料结合在一起。
特点：固相压力扩散焊能够形成高质量的焊接接头，但设备投资较大，且对焊接工艺要求较高。
陶瓷金属化技术
陶瓷金属化技术-钼锰法新型陶瓷常用的钼锰法工艺流程与被银法基本相似。
其金属化烧结多在立式或卧式氢气炉中进行。
采用还原气氛，但需要含微量的氧化气体，如空气和水汽等，也可采用H2、N2及H2O三元气体。
金属烧结的温度，一般比瓷件的烧成温度低30~100℃。
[钼锰法也是烧结金属粉末法最重要的一种。
]金属件的膨胀系数与陶瓷的膨胀系数尽可能接近，互相匹配，封包陶瓷的金属应有较高的温度系数，封接与陶瓷内的金属应有较低的温度系数。
这样，陶瓷保持受压状态。
钼锰法的工艺流程图：1、金属化用的原料的处理与配制（1）钼粉：使用前先在纯，干的H2气氛中1100 ℃处理，并将处理过的钼粉100g加入500ml无水乙醇中摇动一分钟，然后静置三分钟，倾出上层的悬浮液，在静止数小时使澄清，最后取出沉淀在40 ℃下烘干。
（2）锰粉：电解锰片在钢球磨中磨48小时，以磁铁吸去铁屑，在用酒精漂选出细颗粒。
（3）金属化涂浆的配制与涂制：取100g钼锰金属的混合粉末（钼：锰=4：1），在其中加入2.5g硝棉溶液及适量的草酸二乙酯，搅拌均匀，至浆能沿玻璃棒成线状流下为准。
每次使用前如稠度不合适，可再加入少量硝棉溶液或者草酸二乙酯进行调节。
涂层厚度为50um。
金属化的机理：锰被水气中的氧气在800℃下氧化，高温下，熔入玻璃相中，减低其黏度。
玻璃相渗入钼层空隙，并向陶瓷坯体中渗透。
由于Al2O3在玻璃相中溶解-重结晶过程，因此在界面上往往存在大颗粒的刚玉晶体。
氧化锰还能与Al2O3生成锰铝尖晶石，或与SiO2生成蔷薇辉石。
钼在高温下烧结成多孔体，同时钼的表面被氧化，并渗入到金属化层空隙的玻璃相中，被润湿和包裹，这样容易烧结，并向瓷体移动。
冷却后，经书相层就通过过渡区而与瓷坯紧密的结合。
由于以上的高温反应在氧化铝瓷和钼锰金属化层之间形成有一厚度的中间层。
金属化层厚度约为50um时，中间层约为30um，金属化层厚度增加，中间层厚度也增加。
2、上镍在金属化烧成以后，为改善焊接时金属化层与焊料的润湿性能，许在上面上一层镍，可用涂镍再烧，也可用电镀的方法。
《陶瓷材料的烧结》课件
对废弃的陶瓷材料进行回收和再利用，实现资源的循环利用，降 低对自然资源的依赖。
THANKS。
致密度、均匀性和性能。
烧结设备的改进
03
随着技术的进步，烧结设备的性能和效率也将得到提升，为陶
瓷材料的制备提供更好的设备支持。
环保和可持续发展在陶瓷烧结领域的应用
环保材料的研发
为了降低陶瓷产业对环境的影响，未来将大力研发环保型的陶瓷 材料，如低毒陶瓷、可降解陶瓷等。
节能减排技术的应用
通过采用新型的节能技术，降低陶瓷烧结过程中的能耗和排放， 实现低碳、环保的生产。
04
陶瓷材料的烧结性能
烧结密度和孔隙率
烧结密度
烧结后的陶瓷材料密度，影响材料的 机械性能和热学性能。
孔隙率
陶瓷材料内部孔隙的多少，与材料的 强度、热导率和绝缘性能有关。
烧结陶瓷的力学性能
01
硬度
烧结陶瓷的硬度取决于其成分和 显微结构，硬度高的陶瓷耐磨、 耐划痕。
02
03
抗弯强度
韧性
陶瓷抵抗弯曲应力的能力，与材 料的成分、显微结构和制备工艺 有关。
航天器结构材料
陶瓷材料具有轻质、高强度和耐高温的特性，适用于航天器结构材料，如卫星天线骨架、太阳能电池板支架等。
06
未来展望
新型陶瓷材料的开发
高性能陶瓷
随着科技的发展，对陶瓷材料性能的要求越来越高，未来 将开发出具有更高强度、硬度、耐磨性、耐高温等高性能 的新型陶瓷材料。
多功能陶瓷
除了传统的结构陶瓷外，未来还将开发出具有多种功能如 导电、导热、压电、磁性等功能的新型陶瓷材料。
05
陶瓷材料的烧结应用
在电子行业的应用
电子封装
陶瓷材料的烧结与晶粒生长
陶瓷材料的烧结与晶粒生长烧结和晶粒生长是陶瓷材料制备过程中非常重要的步骤。
通过烧结和晶粒生长的控制，可以改善材料的性能、提高其致密性和强度。
本文将就陶瓷材料的烧结和晶粒生长进行探讨，并介绍一些常见的烧结方法和晶粒生长机制。
1. 烧结方法烧结是指将陶瓷粉末在一定的温度和压力下进行加热处理，使粒子间发生相互结合和扩散，形成致密的块体材料。
常见的烧结方法有以下几种：（1）热压烧结：将陶瓷粉末放入模具中，在高温和高压的条件下进行烧结。
热压烧结可以获得致密的陶瓷材料，具有较高的强度和硬度。
（2）微波烧结：通过微波加热的方式进行烧结。
微波烧结的优点是加热速度快，能够在较短的时间内完成烧结过程，适用于一些高温敏感的材料。
（3）等离子体烧结：通过等离子体的作用，加快粒子之间的扩散和结合，从而实现快速烧结。
等离子体烧结可以得到致密度较高的陶瓷材料，并能够控制晶粒尺寸和分布。
2. 晶粒生长机制晶粒生长是指陶瓷材料在烧结过程中晶粒尺寸的增大。
晶粒尺寸的大小和分布对陶瓷材料的性能有着重要的影响。
常见的晶粒生长机制包括以下几种：（1）一维生长：晶粒沿着某个方向生长，呈现出棒状或柱状的形态。
一维生长机制适用于一些具有纤维状结构的陶瓷材料。
（2）表面扩散：晶粒表面发生扩散，并与周围的颗粒结合。
表面扩散是晶粒生长的主要机制之一，通过控制晶粒表面的扩散速率，可以调控晶粒尺寸和形态。
（3）体内扩散：晶粒内部的原子通过扩散运动，使晶粒尺寸增大。
体内扩散主要取决于材料的化学成分和温度条件。
3. 影响烧结和晶粒生长的因素烧结和晶粒生长受到多种因素的影响，下面介绍其中几个重要的因素：（1）温度：温度是烧结和晶粒生长的关键因素之一。
适当的温度可以促进晶粒的结合和生长，但过高的温度可能引起过烧，导致晶粒长大过快。
（2）压力：压力可以提高粒子的结合程度和致密性，对烧结效果有重要影响。
不同材料和形状的陶瓷，适宜的压力范围也有所不同。
（3）时间：烧结时间影响烧结程度和晶粒生长的速率。
金属陶瓷材料的烧结工艺与性能研究
金属陶瓷材料的烧结工艺与性能研究金属陶瓷材料是一种独特的材料，它综合金属和陶瓷的优点，具有高强度、硬度和耐磨性等独特性能。
然而，要实现这些优良性能，烧结工艺在金属陶瓷材料的制备过程中起着至关重要的作用。
本文将探讨金属陶瓷材料的烧结工艺，并研究其对材料性能的影响。
1. 烧结工艺的基本原理烧结是指将粉末形式的原料在一定温度下加热处理，使颗粒之间发生颗粒间结合并形成致密的材料。
金属陶瓷材料的烧结工艺主要包括压制和烧成两个步骤。
首先，将粉末按照一定的比例混合，并加入有机粘结剂，通过压制形成所需形状的坯体。
然后，将坯体放入高温炉中，进行烧结过程。
在高温下，有机粘结剂会燃烧掉，原材料颗粒之间发生扩散反应，形成结晶颗粒，进而实现颗粒间的结合。
2. 烧结工艺对材料性能的影响烧结工艺对金属陶瓷材料的性能起着重要的影响。
首先，烧结温度和时间对材料的致密度和结晶度有直接影响。
较高的烧结温度和较长的烧结时间能够使颗粒之间更加紧密地结合，从而增强材料的强度和硬度。
然而，过高的烧结温度可能导致材料的晶粒长大过大，使材料的韧性降低。
因此，在烧结过程中需要控制好温度和时间的参数。
其次，烧结工艺还会影响材料的微观结构和晶界特性。
良好的烧结工艺可以使材料的晶界清晰且紧密，从而提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。
另外，适当的烧结工艺还能够调控材料的孔隙率和孔径分布，提高材料的气密性和导热性能。
同时，烧结工艺对材料的物理性能和化学性能也有一定的影响。
烧结过程中可能会引入杂质或氧化物，从而影响材料的导电性和热稳定性。
因此，在烧结前需要对原料进行严格的筛选和处理，以确保所得材料的纯度和稳定性。
3. 改善烧结工艺的方法为了改善金属陶瓷材料的烧结工艺和性能，可以采取一些措施。
首先，可以通过优化原料粉末的物理性质和颗粒分布，提高材料的流动性和均匀性。
其次，可以调整压制工艺中的压力和模具形状，以保证坯体的致密度和形状的一致性。
此外，可以引入特殊的助剂和添加物，调节材料的烧结过程和相变行为，改善材料的晶界微观结构和性能。
氧化硼和氧化钛烧结
氧化硼和氧化钛烧结
氧化硼和氧化钛都是常见的陶瓷材料，它们可以通过烧结工艺来制备成块状材料。
烧结是一种将粉末材料加热至接近熔点的工艺，使颗粒之间发生结合并形成致密的材料体。
在氧化硼和氧化钛的烧结过程中，通常需要加入一些辅助剂来促进颗粒之间的结合。
具体的烧结过程包括以下步骤：
1. 准备粉末材料：将粉末材料测量并混合均匀，以获得所需的成分比例。
2. 压制成型：将混合均匀的粉末材料放入模具中，施加足够的压力以使材料成型。
3. 预烧：将成型后的粉末材料置于高温炉中，进行预烧。
预烧过程中，会有一些氧化反应发生，使粉末材料中的颗粒开始结合。
4. 烧结：将预烧后的材料再次放入高温炉中进行烧结。
烧结过程中，温度逐渐升高，颗粒之间的结合力增加，最终形成致密的材料体。
5. 冷却和整理：将烧结后的材料从炉中取出，待其冷却至室温后，进行必要的整理和加工，以满足特定的要求。
烧结工艺的细节可能会因材料的性质和用途而有所不同，需要根据具体情况进行调整。
此外，烧结后的氧化硼和氧化钛材料通常还需要进行后续处理，如研磨、抛光、涂层等，以进一步提高其性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
陶瓷金属化烧结
近年来，陶瓷金属化烧结技术因其独特的功能和应用优势，成为了材料科学领域的热
点研究方向之一。
本文将从材料的定义、陶瓷金属化烧结的原理和优劣、应用领域等方面
对该技术进行探讨。
一、材料定义
材料是指可以被制成各种器件、零件、构件和结构体的物质。
与传统的金属材料相比，陶瓷材料具有硬度大、抗磨性能好、抗腐蚀性能好、绝缘性能良好、耐高温性能好等优点，因此广泛应用于各个领域。
陶瓷金属化烧结技术是将陶瓷材料与金属材料进行烧结，使其在材料界面处产生化学
反应，形成金属化层，从而实现陶瓷材料与金属材料的牢固结合。
其原理主要包括以下几
个方面：
1、介质氧化还原反应
金属氧化物和还原态金属之间存在着明显的氧化还原反应。
在烧结过程中，金属氧化
物和金属可以互相转化，从而使其在材料界面处形成金属化层。
2、金属间化合物的形成
3、金属溶解
金属在陶瓷内部溶解并在材料界面处重新沉积，从而在材料界面处形成金属化层。
溶
解和沉积过程主要取决于金属和陶瓷的物理化学性质。
优点：
1、陶瓷金属化烧结制备的复合材料具有较高的综合力学性能，如高强度、高韧性、
高耐磨性等。
2、陶瓷金属化烧结能够实现陶瓷和金属材料的无缝结合，可以消除不同材料间的界
面应力，从而提高材料的使用寿命。
劣势：
1、陶瓷金属化烧结制备工艺复杂，需要考虑材料的化学组成、烧结温度和时间等多
个因素。
2、陶瓷金属化烧结制备的复合材料成本较高，需要消耗大量的能源和人力。
四、应用领域
陶瓷金属化烧结技术广泛应用于制备新型材料和高性能零件。
在高速铁路、航空航天、汽车工业、电力行业等领域，陶瓷金属化烧结材料被广泛应用于机械配件制造、轴承制造、气缸内壁涂层、高压电气绝缘体等方面。
总之，陶瓷金属化烧结技术的出现，为新材料研究和应用开辟了新的道路。
随着技术
的不断发展，陶瓷金属化烧结将在更多的领域得到应用，并发挥更加重要的作用。