二次金屬化工藝技術(shù)探索
通過對燒結(jié)Ni的改進，發(fā)現(xiàn)摻雜Ag的復(fù)合燒結(jié)Ni效果更好。它不會發(fā)生電鍍Ni造成的Ni層起泡，以及封接強度低的問題;也能避免燒結(jié)Ni容易漏氣的問題。
氧化鋁陶瓷機械強度高、硬度大、電絕緣性好、高頻損耗小、介電常數(shù)適中且真空致密，能夠較好地符合電真空陶瓷的各項要求，在應(yīng)用時需要陶瓷與金屬封接。
用燒結(jié)金屬粉末法進行陶瓷-金屬封接，不是一步將陶瓷與金屬零件焊接于一起，而是先將陶瓷表面進行金屬化，通常是以Mo-Mn為主的薄膜，稱為一次金屬化，再將金屬化后的陶瓷與金屬零件釬焊，為了使焊料在金屬化層上浸潤并或形成阻擋層，還要在已燒結(jié)的金屬化表面上電鍍或涂覆一層Ni或Cu，稱為二次金屬化;隨后即可與金屬零件釬焊。
覆Ni主要采用電鍍工藝，但是由于用Mo-Mn法工藝制得的金屬化部分表面有玻璃相，電鍍后燒氫，容易出現(xiàn)鍍層起泡，難以修復(fù)。為此需要進行鍍前的處理，以確保電鍍不出現(xiàn)問題。這需要多步工藝，導(dǎo)致成本增加，生產(chǎn)周期變長。
為了提高覆Ni成品率，簡化其工藝，縮短生產(chǎn)周期，也有廠家應(yīng)用二步燒結(jié)法工藝，在Mo-Mn層上涂敷Ni粉和有機載體混合而成的Ni膏，并進行二次燒結(jié)。燒結(jié)Ni工藝有效地避免了Ni層起泡問題。但是它又新出現(xiàn)另一個問題：Ni層不致密，焊接后容易導(dǎo)致氣密合格率低。
為此我們進行試驗，改進燒結(jié)Ni工藝，采用復(fù)合燒結(jié)Ni工藝，取得一些進展。
1、實驗工作
1.1、材料選擇、金屬化和釬焊工藝
1.1.1、材料
本研究使用熱壓鑄成型的95%氧化鋁瓷，形狀為標(biāo)準(zhǔn)抗拉件，如圖1(a)所示。使用前用SS-1化學(xué)除油劑清洗的95%氧化鋁瓷試樣表面，然后用去離子水煮10min，在100℃下烘干。將可伐4J-33車制成Φ16mm×Φ10mm×0.5mm圓環(huán)，用SS-1化學(xué)除油劑清洗表面，電鍍覆Ni(5～10μm)，使用硫酸鹽電鍍液，電流密度0.5A/dm2。
1.1.2、一次金屬化
本實驗中，將Mo、Mn、Al2O3、SiO2、CaO稱重，用球磨機混合，金屬化配方見表1。將松油醇、乙基纖維素稱重，倒入玻璃瓶中，在80℃下攪拌，直至乙基纖維素全部溶解。配制成印刷膠。將金屬化粉與印刷膠按粉膠比4∶1，用振動球磨機混合16h，制備成金屬化膏。
用絲網(wǎng)印刷機將金屬化膏，涂覆在陶瓷陶瓷抗拉件Φ16mm表面，保證一次金屬化層厚度，燒結(jié)后達到22～26μm。印刷完成后烘干，在1450℃濕氫氣氛下燒結(jié)1h。
1.1.3、二次金屬化
(1)電鍍覆Ni(2～4μm)，使用硫酸鹽電鍍液，電流密度0.5A/dm2。
(2)燒結(jié)Ni：將Ni粉、印刷膠稱重，粉膠比100∶15～20，用高速攪拌機攪拌3～5h，用絲網(wǎng)印刷機印刷;印刷完成后烘干，用氫爐1000～1100℃下燒結(jié)，保溫15～20min。保證二次金屬化層燒結(jié)后厚度達到6～8μm。
(3)燒結(jié)復(fù)合Ni：將Ni粉、Ag粉稱重，用球磨機混合，復(fù)合Ni配方中Ni粉100g，Ag粉5～10g。按粉膠比100∶15～20，將復(fù)合Ni粉與印刷膠稱量，用高速攪拌機攪拌3～5h，用絲網(wǎng)印刷機印刷，保證二次金屬化層燒結(jié)后厚度達到6～8μm，印刷完成后烘干，用氫爐1000～1100℃下燒結(jié)，保溫15～20min。
1.1.4、焊接
裝配陶瓷、焊料、可伐，見圖1(b)。用72Ag-28Cu釬焊合金作為焊料。釬焊在氫爐內(nèi)進行，氣氛為濕氫，90min內(nèi)升溫到790℃，指示焊料熔化后，提高10℃，保溫2min。
1.2、檢漏過程
用INFICON VL1000氦質(zhì)譜檢漏儀(德國)檢驗樣品的真空氣密性。密封件的一端用真空橡膠墊密封，另一端固定到一個轉(zhuǎn)接口，借助一個中心環(huán)和夾具將轉(zhuǎn)接口進一步連接到檢漏儀的入口，然后抽真空并噴吹氦到密封件上進行真空檢漏。
1.3、封接強度測試
將焊接后的抗拉件用AG-IC50KN(島津)電子萬能拉力機上進行實驗，得到的拉斷拉力除以焊接面積就得到封接強度。
1.4、斷面樣品制樣
文中提到的釬焊各個階段的斷面樣品都是垂直于接合界面，用金剛石切割刀切割而成;然后將切好的樣品鑲嵌在聚苯乙烯中，依次用800#，1400#，2000#磨料研磨，并在研磨輪上用W5號的金剛石研磨膏拋光;最后用乙醇擦拭，并用清水沖干凈，用以觀察金屬化層、焊料。
1.5、掃描電鏡微觀形貌及能譜分析
在樣品表面沉積一薄層10nm的碳，利用型號為EVO-18的掃描電鏡(SEM)分析噴碳后的樣品形貌。用型號為BRUKER 123eV 的能譜(EDS)儀，分析樣品成分。
3、結(jié)論
對于95%Al2O3瓷Mo-Mn法金屬化，國內(nèi)覆Ni工藝主要有電鍍Ni、燒結(jié)Ni工藝，以及最近探索出的燒結(jié)復(fù)合Ni工藝。
(1)電鍍Ni用Ag-Cu28與可伐或不銹鋼焊接，封接強度低。如果在未處理的Mo-Mn層上電鍍Ni，燒氫后容易起泡。但是該方法快捷、成本低，與鉬層能吻合覆蓋。
(2)燒結(jié)Ni沒有環(huán)保問題、燒氫起泡問題，對焊料有一定阻擋作用。但是Ni層不致密，與鉬層難以做到吻合覆蓋。
(3)復(fù)合燒結(jié)Ni沒有環(huán)保問題、燒氫起泡問題，Ni層致密，對焊料阻擋作用最好，但是成本高，與鉬層難以做到吻合覆蓋。
