陶瓷金属化新技术
提高陶瓷二次金属化电镀质量的技术要点分析
密性的关键工艺之一。随着国内陶瓷真空开关管的广泛应用， 对其可靠性的要求不断提 高， 如何提
高 陶瓷金属 化质 量是 一个 重要 的课 题 。结合相 关理 论 、 生产 实践 经验 与 工 艺设备 分析 控 制 陶瓷二
次金属 化镀镍 质 量 的工 艺技 术要 点。
关
键
词 ：电真 空陶瓷 ；Байду номын сангаас二 次金属 化 ；电镀镍 文献 标识 码 ： Ａ
Ｈｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ８ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ａ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｔ ｏ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｉ ｓ ａ ｋ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｏ ｆ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｖ ａ ｃ ｕ ｕ ｍ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ
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中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ １ ５ ３ ． ３
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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。
陶瓷的封接技术及研究进展
陶瓷的封接技术及研究进展摘要：介绍了陶瓷与金属连接的主要类型和种类* 对各种连接方法的机理、特点和影响因素进行了重点介绍。
关键词：陶瓷金属连接焊接1引言陶瓷与金属的封接，也称焊接（包括陶瓷与陶瓷的焊接），在现代工业技术中的应用有着十分重要的意义。
近年来，随着陶瓷材料的大规模研究开发，陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属的连接技术也越来越引起人们的关注（1-2）。
实现陶瓷与金属的有效连接可以进一步扩大陶瓷的应用范围，诸如电视显像管金属引线的封接，电子元件的封装，飞行器及导弹关键部位的连接等都属于陶瓷—金属封接的范围。
2 陶瓷与金属连接的主要类型陶瓷封装的方法很多，按待焊接材料A和B.是否相同，可以分为同种材料的焊接和异种材料的焊接。
但是还可以根据A、B.间结合材料的有无和种类进行分类。
几种典型的陶瓷封接类型如表所示。
3 陶瓷封接方法3.1 粘合剂粘结粘接具有固化速度快、使用温度范围宽、抗老化性能好等特点，被用于飞机应急修理、导弹辅助件连接、修复涡轮、修复压气机转子方面。
现在胶接技术在国内外都得到了广泛的应用。
一般来讲，陶瓷与金属采用胶接连接，界面作用力为物理力、化学键。
化学粘接较其它工艺得到的界面强度低，据文献+#, 报道：采用有机胶的接头强度小于150MPa，采用无机胶的接头强度小于10MPa，且允许使用的温度有一定的限制（一般低于200度）；但粘接技术用在修复上，周期短、工艺简单、修复效率高、成型性能好，因而在动力工程和航空工业中静载荷和超低静载荷中得到了广泛的应用。
3.2 激光焊接将能量密度甚高的激光用于陶瓷的封接，称为激光焊接。
陶瓷用激光焊接装置主要由二氧化碳激光器、反射镜和聚光镜以及预热炉几部分构成。
二氧化碳激光器发出的激光束经反射镜和聚光镜聚焦于试样表面。
预热炉用于预热试样以避免激光照射的局部骤热而产生裂纹。
预热温度和焊接速度对焊接质量影响较大。
陶瓷制品的激光焊接，首先应考虑如何避免由加热、冷却速度和温度梯度所引起的热裂纹。
金属和陶瓷的钎焊技术及新发展
的热 应 力使 连 接 强 度 降低 、质 量 难 以满 足 需 要 。 目前 常 常通 过
添 加 活 性元 素 以改 善 钎 料 在 陶瓷 表 面 的 润 湿 性 ，采 用 添 加缓 冲 层 的 方法 来 解 决 金 属 陶瓷 物 性 不 匹 配 的 问 题 。 缓 冲 层分 为 软 性 缓 冲层 、硬 性 缓 冲层 和 软硬 双层 缓 冲层 三 大 类 。 软 性缓 冲层 的 热 膨 胀 系数 较 高 ，夹 在金 属钎 料 与 陶瓷 之 间 可 以解 决 热 膨 胀 不 匹 配 引起 的残 余应 力 ．但 与金 属 间 的 连 接 往往 不 够 理 想 ． 因此 在 某些 情 况 下 采 用 软硬 双 层缓 冲层 ：一 层 是 与 陶瓷 有较 好 结 合 强 度 的 软性 缓 冲 层 ；一层 是 低 膨 胀 系 数 的 硬 性 缓 冲层 ．夹在 钎 料 与 陶瓷 之 间 进行 施 焊 ．这 种 方 法 能 够 在 一定 的程 度 上 改 善 接
１ 金 属 和 陶 瓷 钎 焊 的难 点 金 属 陶 瓷钎 焊 的 主 要 难 点 在 于 冶金 不 相 容 和 物 性 不 匹配 。 冶 金 不 相容 是 指 钎 料 熔 化后 对 陶瓷 不 浸 润 ，难 以 在 熔 接 区 和 陶 瓷 实 现 原子 间的 冶 金 结合 ：物 性 不 匹 配 是 指 金 属 陶 瓷 的热 膨 胀 系 数 差异 太 大 。在钎 焊结 合 区存 在 很 大 的 应 力 梯 度 。钎 焊 产 生
陶 瓷 与 金 属 的连 接 实 际 上 会 变成 依 靠 缓 冲 层 来 连接 ，致 使 钎焊 接 头 各项 性 能 指 标 下 降 。
差 、不 耐 冲击 ．使其 应 用 受 到 限制 Ｉ。金 属 和 陶瓷 的钎 焊 技 术 １ ］
陶瓷与金属钎焊的方法、钎料和工艺
陶瓷钎焊陶瓷与金属的连接是20世纪30年代发展起来的技术,最早用于制造真空电子器件,后来逐步扩展应用到半导体、集成电路、电光源、高能物理、宇航、化工、冶金、仪器与机械制造等工业领域。
陶瓷与金属的连接方法比较多,如钎焊、扩散焊、熔焊及氧化物玻璃焊料连接法等,其中钎焊法是获得高强度陶瓷/金属接头的主要方法之一。
钎焊法又分为金属化工艺法和活性钎料法。
我国于50年代末才开始研究陶瓷—金属连接技术,60年代中便掌握了金属化工艺法(活化Mo-Mn法)和活性钎焊法,推动了陶瓷/金属钎焊用材料及其钎焊工艺的发展。
常用的金属和陶瓷钎焊方法常用的钎焊方法有陶瓷表面金属化法和活性金属法金属和陶瓷钎焊工艺陶瓷与被连接金属的热膨胀系数相差悬殊，导致钎焊后使接头内产生较高的残余应力, 而且局部地方还存在应力集中现象,极易造成陶瓷开裂。
为降低残余应力, 必须采用一些特殊的钎焊工艺路线。
①合理选择连接匹配材料；②利用金属件的弹性变形减小应力;③避免应力集中；④尽量选用屈服点低, 塑性好的钎料；⑤合理控制钎焊温度和时间；⑥采用中间弹性过渡层。
其中, 采用中间弹性过渡层的方法是研究和应用最多的方法之一, 采用中间弹性过渡层对降低残余应力的作用较大。
该方法采用陶瓷/ 钎料/ 中间过渡层/ 钎料/ 金属的装配形式进行钎焊, E 和σs 减小, 接头强度越高, 这说明较“软”的中间层能够有效地释放应力, 改善接头强度。
中间过渡层的热膨胀系数与Si3N4 接近固然有好处, 但如E 和σs 很高(如Mo 和W) , 不能缓和应力, 也就不能起到好的作用。
因此, 可以认为E 和σs 是选择中间过渡层的主要着眼点。
中间过渡层的选择应尽量满足下列条件: ①选择 E 和σs 较小的材料; ②中间过渡层与被连接材料的热膨胀系数差别要小; ③充分考虑接头的工作条件。
采用弹性过渡层的陶瓷连接方法的缺点是接头强度不高, 原因是有效钎接面积小。
但这种低应力或无应力接头具有良好的使用性能, 其优点是在热载荷下产生较低的热应力, 接头耐热疲劳, 抗热冲击性能好。
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。
氧化铝陶瓷金属化及镍化技术研究
随着 电真空 技术 高速 发展及 其在 国防和 民用领
域 的广 泛应 用 ， 高 可 靠 性 的 电真 空 器件 的需 求 迅 对
ａｌ ｉ ｇ ｌｙ ｒ ｌ ｚｎ ａ ｅ ．Ｔｈ ｔ ｏ ｓｅ ｐ ｃａｌ ｐ ｌｃ ｂｅｔ ｈ ｔｌｉａｉｎ ｏ ｏ ｎ ｅ ｔ ｄｃ ｒ ｍｉｓａ ｄ ｉｏ ｔｔｃ ｉ ｅｍｅ ｈ ｄｉ ｓ ｅ ｉｌ ａ ｐｉａ ｌ Ｏ ｔ ｅｍｅ ａｌ ｔｏ ｆｈ ｔｉｊ ｃｅ ｅ ａ ｃ ｎ ｓａ ｉ－ ｙ ｚ ｓ
摘 要： 以生 产 应 用 为 目的 ， 过 对 工 艺 呜 一 能 相 互 关 联 的 研 究 ， 发 出适 用 于 热 压 铸 陶瓷 和 等 静 压 陶 瓷 的 Ｍ 系 列 金 通 构 性 开 属 化 配 方 和 工 艺 ； 及 具 有 自主 知 识 产 权 的 Ｎ 系 列 环 保 型 烧 结 镍 工 艺 技 术 ， 在 大批 量 生 产 中 成 功应 用 。 以 并 关 键 字 ： 化 铝 陶瓷 ； 属 化 技 术 ； 化 技 术 ；封 接 ； 密 氧 金 镍 气
速 增加 。大 部分 电真 空器件 的基本 构成 依赖 于 陶瓷 与金属件 的连 接 ， 陶 瓷 与金 属 各 自优 良 的特 性 形 使
如图 １ 示 。 所
成 良好结 合 ， 而 满足 电真 空器件绝 缘 、 从 支撑 、 电 、 导
ｐｒ ｓ ｅ ｅ ａ ｃ ． Ａｔｔ ａ ｉ ｅ ｓ ｄ ｃ ｒ ｍｉ ｓ ｈｅ ｓ ｍｅ ｔｍｅ，ａ Ｎｉｃ ｔｎｇ ａ ｔ ｉ ｔ ｒｎ ｅ ｈｎｏ ｏ ｎ ｔ ｕ ｆ ｃ ｆｔ ｔ ｌｉ ｏａ ｉ ｎｄ ｉｓｓ ｎ ｅ ｉ ｇ ｔ ｃ ｌ ｇｙ ｏ ｈｅｓ ｒ ａ ｅ ｏ ｈｅ ｍｅ ａ ｌ－ ｚｎ ａ ｒｗｅ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐｅ ｉ ｇ ｌｙｅ ｒ ｅ ｅ ｏ ｄ，ｗｈｉｈ ｉ ｎ ｒ ｎ ｅ ｔｆ ｉ ｎ ｙ，ａ ｈｅ ｉ ｔ ｌｅ ｔ ａ ｏ ｒ ｉ ｓｏｆｔ ｅ ｈｎ ｌ ｙ ｃ ｓｅ ｖｉｏ ｍ ｎ ｒｅ ｄｌ ｎｄ ｔ ｎ ｅ ｌ ｃ ｕ ｌｐｒ ｐｅ ｔｅ ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｏｇ ｉ ｕ ｈ ｉｅ ｙ ｏ ｓ ｌ ｅ ． Ｔｈｅ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｓ ｂ ｅ ｐｐ ｉ ｄ ｉ ｈｅｍａｓ ｒ ｄｕｃ ｉ ｕｃ ｅ ｓ ｕ ｌ ｓ ａ ｔ ｏｒｚ ｄ ｂ ｕｒ ｅ ｖ ｓ ｅ ｈ ｌ ｇｙ ｈａ ｅ ｎ ａ ｌｅ ｎ ｔ ｓｐ ｏ ｔｏｎ ｓ ｃ ｓ ｆ ｌｙ，ａ ｅ ｎｄ ａ ｒ — ｍａ ｋ ｂｌ ｃ ｏ ｃａ ｏ ｉｌｂｅ ｆｔｗａ ｃ ｉ ｖ ｄ ｒ ａ ｅ ｅ ｏｎ ｍｉ ｎｄ ｓ ｃａ ｎｅ ｉ ｓ ａ ｈ ｅ ｅ ． Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ａｌ ｕｍｉ ａ ｃ ｒ ｍｉｓ；Ｍ ｅ ａ ｌｚｎｇ ｔ ｃ ｎ ｅ ａ ｃ ｔ ｌｉｉ ｅ ｈｎｏ ｏ ｌ ｇｙ；Ｎｉｃ ｔｎ ｎｄ ｓ ｎ ｅ ｉ ｇ；Ｓｅ ｌ ｏａ ｉ ｇ ａ ｉ ｔ ｒｎ ａ ；Ｈ ｅ ｍｅ ｉ ａ ｉ ｎ ｒ ｔｚ ｔｏ
陶瓷与金属的钎焊工艺
陶瓷与金属的钎焊工艺1 陶瓷与金属的钎焊(一般称为封接) 广泛用于电子管和半导体的制造，此外，还用于变压器、整流器、电容器和水银开关的密封上。
2 陶瓷与金属的钎焊方法主要分两类：烧结金属粉末法和活性金属法。
3 烧结金属粉末法这种方法的原理是：在还原气氛中借高温在陶瓷上烧结一层金属粉，使瓷面带有金属性质，即所谓陶瓷金属化，随后用钎焊来实现它与金属件的连接。
金属化配方是烧结金属粉末法的关键。
对不同的陶瓷，金属化配方是不一样的。
金属化配方中主体一般是难熔金属粉，用得最多的是钼粉，其次是钨粉。
另外，为了改善难熔金属粉末与陶资的结合，还添加原子序数在 22～28之间的金属，最常用的是锰、铁、钛粉。
对于高氧化铝瓷还要添加一定量的金属氧化物。
将这样组成的粉剂与硝棉、醋酸戊脂及丙酮配成金属化膏，涂在陶瓷的钎焊面上，然后在氢气中进行烧结，使陶瓷金属化。
瓷件经过金属化烧结上钼或钨后，由于一般钎料对金属化层的润湿差，需再电镀上一层镍，然后用钎料进行钎焊。
钎焊时应施加一定压力(约 0.49～0.98MPa)。
钎焊在氢气保护下或真空中进行。
4 活性金属法4.1 活性金属法钎焊有三种方式：a）将钛或锆以垫片方式放在陶瓷与金属间进行钎焊；b）将钛或锆的细粉或者钛或锆的氢化物，预先涂在待连接面上，再放上钎料进行钎焊，c）用含钛和锆的活性钎料直接进行钎焊。
4.2 活性金属钎焊法的实质是：钛同很多金属能形成共晶合金，在钎焊加热过程中就能形成这种含钛的合金。
这类合金具有很强的活性，在高温和高真空下同陶瓷中的氧化物接触时使氧化物局部还原，在界面区形成复杂的间隙固溶体和置换固溶体。
例如，钛同 A1203作用时，在 950℃下A123局部被钛还原，形成钛的间隙固溶体。
同时，被还原出来的铝又溶于钛中，形成置换固溶体。
钛同 SiO2作用时形成氧在钛中的固镕体，同时产生钛同硅的金属间化合物，因为硅与钛不形成固溶体。
熔化钎料就在固溶体和金属间化合物上铺展，并填满间隙。
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陶瓷金属化新技术
陶瓷金属化是一种在陶瓷表面涂覆金属薄膜的方法，使其具有导电、导热等金属特性。
近年来，随着科技的发展，陶瓷金属化新技术也不断涌现。
以下是一些常见的陶瓷金属化新技术：
1. 化学镀：化学镀是一种在非导电基材表面沉积金属的方法。
其原理是利用还原剂将溶液中的金属离子还原成金属，并沉积在基材表面。
化学镀在陶瓷表面可以形成均匀、致密的金属薄膜，具有良好的导电性和耐腐蚀性。
2. 电镀：电镀是一种利用电解原理在基材表面沉积金属的方法。
在陶瓷表面进行电镀时，需要先对陶瓷进行金属化处理，使其具有导电性。
电镀技术可以制备出各种不同金属材料的镀层，并且镀层均匀、美观。
3. 喷涂：喷涂是一种将金属粉末或液体涂料喷涂在基材表面形成涂层的方法。
在陶瓷表面进行喷涂时，需要先对陶瓷进行预处理，使其表面粗糙度适中、亲水性好。
喷涂技术可以制备出各种不同金属材料的涂层，并且涂层厚度可控、均匀。
4. 真空镀：真空镀是一种在高真空条件下将金属蒸发沉积在基材表面形成镀层的方法。
在陶瓷表面进行真空镀时，需要先对陶瓷进行清洁和预处理，使其表面粗糙度适中、亲水性好。
真空镀技术可以制备出各种不同金属材料的镀层，并且镀层纯净、致密。
以上是一些常见的陶瓷金属化新技术，它们各有优缺点，选择哪种技术取决于具体的应用场景和要求。