陶瓷-金属材料的封接工艺
浅谈真空炉中陶瓷—金属封接工艺
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为了确定合理的真空炉陶瓷—金属封接工艺，保证封接件的质量，我们对此项工作进行了全面的策划、试验和研究。
通过试验验证工艺中设定的各项工艺参数，并查看升温速率、一次保温、二次保温的温度和时间，降温的速率，充氮的温度等是否为最佳，工艺时间是否为最短，能否满足产品质量和公司扩产的需要。
1 陶瓷—金属封接的特点及质量要求特点陶瓷—金属封接是一种特殊的焊接，是使陶瓷制件与金属零件牢固连接的技术。
通常，这种连接还要求具有一定的密封性能。
这种封接与金属之间的钎焊相比，其特点在于能够使熔融的焊料润湿陶瓷金属化层表面，而且一般陶瓷的断裂强度比金属要低很多，导热性差，不能塑性变形。
所以，设计结构、封接工艺、陶瓷金属化的质量等因素是影响封接件质量的关键因素。
质量要求质量要求主要有：①机械强度。
通常以封接件的抗拉强度和抗折强度衡量。
②气密性。
对于气密性要求高的电真空器件封接件，常用氦质谱检漏仪检验，用封口的漏气率来衡量气密性的好坏。
③耐热性能，包括耐热冲击性能和耐热烘烤性能。
耐热冲击性能是指在固定的高、低温两个温度之间封接件反复加热、冷却所能承受的冲击次数;耐热烘烤性能是指在某一固定温度下(根据具体应用而定)封接件经受一段较长时间的烘烤的能力。
2 工艺试验方案采用检验合格的金属化瓷件，根据目前产品不同的封接结构和金属化瓷件外径尺寸将其分为A，B，C，D 四大类进行封接工艺试验：①A 类。
平封、一节瓷件的封接结构，瓷壳外径<110 mm。
②B 类。
平封加夹封瓷环、一节瓷件，瓷壳外径≥110 mm。
③C类。
平封、两节瓷件，瓷壳外径<110 mm。
第5章陶瓷金属化与封接
附着在瓷件的表面，包括树脂（黏结作用）、溶 剂（溶解树脂）和油（调节触变性）
烧银过程中的物理化学变化
Ag2O Ag O2 1
Ag2CO3 Ag2O CO2 2Ag CO2 2 O2
➢ 银化合物分解温度350~500℃ ➢ 最高烧银温度低于910℃ ➢ 快速冷却获得细晶组织的银层
强度提高
三、陶瓷与可伐合金封接
➢ 可伐合金为Fe-Ni-Co ➢ 采用Mo-Mn金属化，并镀镍后的陶瓷，在压力下
以纯银或者Ag-Cu合金为焊料，在氢气下进行反应 扩散焊接
第五章
陶瓷金属化与封接 Metallizing and Joining
第一节 特种陶瓷的金属化
陶瓷金属化的目的
➢ 导电连接，例如电容器电极的引出 ➢ 陶瓷与金属材料封接的过渡层 ➢ 表面改性
一、被银法
➢ 也称为浸银法。形成电容器、滤波器等的导电网 络
➢ 银的导电性优良，抗氧化和腐蚀能力强，与陶瓷 热膨胀系数接近，结合牢固，工艺简单
几种银浆的配方
二、Mo-Mn金属化
去污清洗 涂金属化浆 保护气氛下金属化烧成 镀镍 焊接
电真空陶瓷金属化的常用方法
几种典型的Mo-Mn金属化浆料配方
影响封接质量的主要因素
➢ 表面洁净度：彻底去污，必要时在850~1150℃下 煅烧30min去污
➢ 玻璃含量高，烧结致密，晶粒较大容易金属化 ➢ 一般黏结剂采用硝棉（硝化纤维——Nitrocellulose
与醋酸丁脂的溶液）、醋酸丁脂、草酸二乙脂配 制
金属化烧成的气氛
➢ 一般在钼丝炉中进行，采用氢气气氛 ➢ 要求氢气中含有少量的氧，如果采用空气，总气
陶瓷与金属的连接技术
陶瓷与金属的连接技术1. 引言陶瓷和金属是两种不同性质的材料，它们在物理、化学和力学特性上存在明显差异。
由于这种差异，将陶瓷与金属进行有效连接是一个具有挑战性的任务。
然而，随着科技的发展和工程需求的增加，陶瓷与金属之间的连接技术变得越来越重要。
本文将介绍几种常见的陶瓷与金属连接技术，并对其优缺点进行探讨。
2. 黏结剂连接黏结剂连接是一种常见且简单的方法，用于将陶瓷与金属材料连接在一起。
该方法通过使用黏合剂或粘合剂来实现连接。
黏结剂可以是有机或无机材料，如环氧树脂、聚酰亚胺等。
2.1 优点•黏结剂连接方法简单易行。
•可以实现大面积接触。
•黏结剂具有一定的柔韧性，可以缓解因材料差异而引起的应力集中问题。
2.2 缺点•黏结剂连接的强度受到黏结剂本身性能的限制。
•黏结剂可能会受到温度、湿度等环境因素的影响而失效。
•黏结剂连接需要进行精确的表面处理和涂覆工作，增加了制造成本和复杂度。
3. 焊接连接焊接是一种常用的金属连接技术，它也可以用于将陶瓷与金属材料连接在一起。
在焊接过程中，通过加热和冷却来实现材料之间的结合。
3.1 激光焊接激光焊接是一种高能量密度焊接方法，适用于陶瓷与金属之间的连接。
激光束可以在非常短的时间内加热材料，从而实现快速焊接。
3.1.1 优点•激光焊接可以实现高强度连接。
•焊接区域小，对周围区域影响小。
•可以实现高精度、无损伤的焊接。
3.1.2 缺点•激光设备昂贵且操作复杂。
•对材料表面质量要求较高。
•需要进行精确的焊接参数控制。
3.2 电子束焊接电子束焊接是一种利用高速电子束加热材料并实现连接的方法。
它可以在真空或低压环境下进行，适用于陶瓷与金属之间的连接。
3.2.1 优点•电子束焊接可以实现高强度连接。
•焊接区域小，对周围区域影响小。
•可以实现高精度、无损伤的焊接。
3.2.2 缺点•电子束设备昂贵且操作复杂。
•对材料表面质量要求较高。
•需要进行精确的焊接参数控制。
4. 氧化铝陶瓷与金属连接技术氧化铝陶瓷是一种常见的工程陶瓷材料，具有优异的耐磨、耐腐蚀和绝缘性能。
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-金属封装技术
陶瓷-金属封装技术
陶瓷-金属封装技术是一种将陶瓷和金属材料结合在一起，用
于封装电子元器件的技术。
该技术的主要目的是提供更好的电热性能、耐热性和机械强度，以满足高功率电子元器件的需求。
陶瓷-金属封装技术的主要步骤包括：
1. 材料准备：选取适合的陶瓷和金属材料，并进行加工和处理，以获得符合要求的形状和性能。
2. 材料组装：将陶瓷和金属部件进行组装，通常采用焊接、钎焊或黏合等方式进行。
3. 密封封装：通过包封或焊接等工艺，将组装好的陶瓷-金属
结构封装起来，形成一个完整的电子元器件。
4. 电性测试：对封装好的元器件进行电性能测试，以确保其符合设计要求。
5. 最终组装：将封装好的陶瓷-金属元器件和其他电子组件进
行最终组装，以完成目标产品。
陶瓷-金属封装技术主要应用于高功率电子元器件，如功率模块、散热器和射频电路等。
其主要优点包括高热传导性能、良好的机械强度、优异的电绝缘性能和耐高温性能。
总的来说，陶瓷-金属封装技术是一种重要的封装技术，能够
满足高功率电子元器件对性能和可靠性的要求，推动了电子技术的发展。
金属陶瓷封装工艺
金属陶瓷封装工艺引言：金属陶瓷封装工艺是一种常用于电子元器件制造的封装技术，它结合了金属和陶瓷的特性，具有良好的导热性和机械强度。
本文将介绍金属陶瓷封装工艺的原理、工艺流程以及应用领域。
一、金属陶瓷封装的原理金属陶瓷封装是将电子元器件封装在金属和陶瓷材料组成的封装体中，以保护元器件免受外部环境的影响。
金属陶瓷封装具有以下原理：1. 导热性：金属陶瓷封装材料具有良好的导热性能，可以有效地散热，保证元器件的正常工作温度。
2. 机械强度：金属陶瓷封装材料具有较高的机械强度，可以保护元器件免受外部冲击和振动的影响。
3. 封装密封性：金属陶瓷封装材料具有较好的封装密封性，可以有效地防止水分、氧气等有害物质的进入，延长元器件的使用寿命。
二、金属陶瓷封装的工艺流程金属陶瓷封装工艺包括以下几个主要步骤：1. 材料准备：选择合适的金属和陶瓷材料，并进行粉末制备和筛分。
2. 混合与成型：将金属和陶瓷粉末按照一定比例混合，并通过成型工艺制备出封装体的初始形状。
3. 烧结：将成型后的封装体置于高温炉中进行烧结，使金属和陶瓷粉末相互结合形成坚固的封装体。
4. 加工与加工：对烧结后的封装体进行加工和加工，如钻孔、研磨、切割等，以满足具体的封装要求。
5. 金属化处理：在封装体的表面涂覆一层金属化材料，以提高导电性能。
6. 测试与封装：对封装体进行严格的测试，如绝缘测试、导电测试等，确保封装体的质量符合要求。
7. 封装装配：将元器件装配到封装体中，并进行焊接、封装密封等工艺，最终形成完整的金属陶瓷封装器件。
三、金属陶瓷封装的应用领域金属陶瓷封装广泛应用于电子元器件制造领域，特别是在高温、高频、高压等特殊环境下的应用较为广泛。
以下是一些常见的应用领域：1. 功率电子器件：金属陶瓷封装具有优异的散热性能和机械强度，适用于功率电子器件的封装，如功率模块、功率放大器等。
2. 高频电子器件：金属陶瓷封装具有良好的高频特性，适用于射频功率放大器、微波元器件等的封装。
特种陶瓷 课件 4章 陶瓷的金属化与封接(2009.11.13)
通过独特的物理和化学特性，特种陶瓷在工业领域中扮演着重要角色。本章 将深入探讨陶瓷的金属化与封接过程以及它们在实际中的应用。
特种陶瓷的介绍
特种陶瓷是一种具备特殊功能和性能的陶瓷材料，广泛用于高温、高压、耐 腐蚀和绝缘等特殊环境中的各种工程应用。
金属与陶瓷的结合可以充分发挥两者的优势，如金属的导电性和强韧性与陶 瓷的耐高温和耐腐蚀性的结合，常见的金属与陶瓷的结合方式包括焊接、铆 接和粘接等。
封接技术的应用
封接技术在许多领域中有广泛的应用，如电子封装、飞机发动机部件、航天器材等。优化的封接过程可以提高 产品的性能和可靠性。
特种陶瓷的发展趋势
特种陶瓷领域正朝着更高性能、更复杂结构和更广泛应用的方向发展。未来 的发展趋势包括功能性陶瓷材论和总结
陶瓷的金属化与封接技术为特种陶瓷的应用拓展了新的可能性。通过不断创 新和发展，特种陶瓷将继续在各个领域中发挥重要作用。
陶瓷的金属化
金属化是将陶瓷表面涂覆上一层金属材料，以提供导电性、增强耐磨性和改 善界面粘结等特性。常用的金属化方法包括热蒸镀、喷涂、浸涂和电镀。
陶瓷的封接
陶瓷的封接是将两个陶瓷部件或陶瓷与其他材料部件连接在一起，以实现更 复杂的结构和功能。常见的封接技术包括焊接、粘接和烧结封接等。
金属与陶瓷的结合
陶瓷与金属封接基础知识
二、结构材料与焊料
要获得和陶瓷的线膨胀系数相接近的金属或合金，有两个途径。一是 选用无磁的难熔金属及其合金，主要利用其熔点高，固有的线膨胀系数 小的特点。再就是利用铁磁物质的反常热膨胀，以降低基体的线膨胀系 数而获得定膨胀合金。
部分定膨胀合金的线膨胀系数及用途（10-6/℃）
无氧铜的化学成分
二、陶瓷与金属封接材料的分类
铜和陶瓷的线膨胀系数虽差很大，但由于铜的塑性良好，因此在某些 情况下，可以进行非匹配封接。
铜的主要参数
二、结构材料与焊料 2.3 焊料
适当的熔点。
焊 料 的 选 择
良好的浸润性和填缝性能。 能与母材发生作用， 形成一定强度的冶金结合。 具有稳定的均匀的组成。
二、结构材料与焊料
2.1定膨胀合金
定膨胀合金主要用于与陶瓷及玻璃封接。要获得气密封接元器件， 封接金属必须具有和陶瓷相近的线膨胀系数或一定的塑性。作为封接 的两种材料，其线膨胀系数相差越大，封接金属的塑性越差，则封接 面作附近的应力越大，封接件越易炸裂。因此，是否能获得高强度的 封接件，主要取决于两者的线膨胀系数的差别和封接金属的塑性。
能满足产品使用要求。
三、陶瓷与金属封接结构
膨胀系数匹配原则
低弹性模量原则
热导率接近原则
压应力原则
封 接 结 构 设 计 原 则
避免应力集中原则
过渡封接原则
刀口封接原则
挠性结构原则
减少应力原则
焊料优选原则
三、陶瓷与金属封接结构
平封
套封
封接结构 分类
针封
对封
四、陶瓷金属化
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。金属化所用原料及其配方是金属化的关键，不同陶瓷，配方也不 同。金属化粉的粒度要细，一般为2μm~3μm，主体是难熔金属Mo，活化剂 有MnO,SiO2,CaO,Al2O3等。添加MnO,SiO2,Al2O3的目的是提高金属化的强度。
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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
陶瓷-金属材料的封接工艺
陶瓷-金属封接材料
陶瓷是用各种金属的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物为原料, 经适当配料、成形和高温烧结制得的一类无机非金属工程材料。
这类材料通常是由共价键、离子键、或混合键结合而成, 因之与金属相比, 具有许多独特的性能。
陶瓷材料的健合力强, 具有很高的弹性模量, 即刚度大; 硬度仅次于金刚石, 远高于其它材料的硬度; 强度理应高于金属材料, 但因成分、组织不如金属那样单纯, 且缺陷多, 实际强度要比金属低。
在室温下, 陶瓷几乎不具有塑性, 难以发生塑性变形, 加之气孔等缺陷的交互作用, 其内部某些局部很容易形成应力集中而又难以消除, 因而冲击韧度和断裂韧度降低, 脆性大, 对裂纹、冲击应力、表面损伤特别敏感, 容易发生低应力脆性断裂破坏。
陶瓷的熔点高, 且在高温(1000℃以上) 能保持其高温强度和抗氧化的能力。
导热性低, 热膨胀系数小, 耐急冷、急热性能差, 温度的剧烈变化, 很容易使其发生破裂。
陶瓷的组织结构稳定, 不易氧化, 对酸、碱、盐的腐蚀也有很好的抗力。
另外, 陶瓷晶体中没有自由电子, 通常具有很好的绝缘性。
少数陶瓷具有半导体性质。
某些陶瓷具有特殊的光学性能, 如用作固体激光材料、光导纤维、光贮存材料等。
陶瓷-金属封接材料的选用原则如下:
①所选用的陶瓷、金属、钎料在室温到略高于使用钎料熔点的范围内, 应具有相同或接近的热膨胀系数;
②在不匹配封接中, 要选择屈服极限低、塑性好、弹性模量低的金属材料作为封接金属和钎料;。