中低溫金屬化配方的研制及應(yīng)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(yīng)用于生產(chǎn)。降低了生產(chǎn)成本,在技術(shù)上增強(qiáng)了金屬化膏劑工藝的穩(wěn)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關(guān)管產(chǎn)品,起絕緣和真空密封的作用。在世界范圍內(nèi),真空開關(guān)具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于煤炭、鐵路、石油、冶金、化工、輸變電等行業(yè)中,也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重
要的不可缺少的應(yīng)用領(lǐng)域�；谀壳拔覈�(guó)電力發(fā)展的需要,電子陶瓷金屬化產(chǎn)品特別是95-Al2O3陶瓷產(chǎn)品在近年來有了大量的發(fā)展。目前隨著我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展,特別是中高壓設(shè)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(guó)內(nèi)出現(xiàn)大量的需求,國(guó)內(nèi)仍在進(jìn)口大量的金屬化陶瓷管殼。本研究通過大量的工廠實(shí)地試驗(yàn),對(duì)95-Al2O3電子陶瓷金屬化配方的設(shè)計(jì)思路及結(jié)果進(jìn)行論述,供大家參考。
就目前來說,所使用的金屬化配方有以下幾個(gè)特點(diǎn):傳統(tǒng)配方成分比較復(fù)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用設(shè)備及器具,如:高頻感應(yīng)加熱爐,高純度石墨坩堝等,并且制備工藝非常復(fù)雜,過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(wěn)定的一個(gè)關(guān)鍵因素。
在陶瓷金屬化過程中經(jīng)常遇到如下問題:金屬化強(qiáng)度偏低,抗拉強(qiáng)度低,表面鎳層起泡等問題,此不斷研究提高金屬化工藝水平,對(duì)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(qiáng)技術(shù)的可控性以及質(zhì)量的穩(wěn)定性方面,應(yīng)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(chǔ)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,在金屬化的過程中,Mo本身只有一定程度的燒結(jié),在Mo粉中摻入適量的玻璃物質(zhì),會(huì)提高M(jìn)o的燒結(jié)密度,當(dāng)玻璃質(zhì)過多或成分不當(dāng)時(shí),Mo的燒結(jié)密度反而下降。另外,Mo粉的粗細(xì),也是一個(gè)關(guān)鍵,根據(jù)燒結(jié)理論,當(dāng)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(jié)溫度,并且可以提高封接強(qiáng)度。實(shí)際工藝中的Mo粉不可能是單一粒度,當(dāng)Mo粉過細(xì),也會(huì)給涂膏和封接強(qiáng)度帶來影響。
金屬化涂層的厚度應(yīng)該適當(dāng),金屬化時(shí)玻璃相填充燒結(jié)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(qiáng)度降低等現(xiàn)象;若涂層太厚,而Mo層燒結(jié)不好,玻璃相未能填滿Mo層孔隙,則容易造成漏氣,使封接強(qiáng)度下降。一般認(rèn)為,金屬化與陶瓷的過渡區(qū)域是Mn與玻璃相的作用區(qū)域。當(dāng)Mn的量提高,Mn離子與玻璃相作用并滲入到瓷中,當(dāng)金屬化層過厚,過渡區(qū)達(dá)到飽和狀態(tài),反而會(huì)帶來不利影響。足夠厚的過渡區(qū)是金屬化層與瓷牢固粘結(jié)的重要條件,因此涂層應(yīng)有適當(dāng)?shù)暮穸取?/p>
另外,需要考慮的是玻璃相,金屬化層中的玻璃態(tài)物質(zhì),可能來自陶瓷,也可能來自金屬化配方本身的玻璃熔體。玻璃相的粘度對(duì)封接有較大的影響,當(dāng)粘度過高,需要提高金屬化溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間,此時(shí)可以通過添加一定的活化劑來增加玻璃相的數(shù)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(dú)立的金屬粉,玻璃相濕潤(rùn)整個(gè)Mo燒結(jié)體,可以說,玻璃相、Mo 和Al2O3三者的膨脹系數(shù)彼此接近,將有利于封接強(qiáng)度的提高。在實(shí)際生產(chǎn)中,金屬化過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(rùn)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(duì)玻璃相含量相對(duì)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(duì)Mo層有很好的潤(rùn)濕�；罨瘎┏霈F(xiàn)熔體的溫度是選擇配方的主要參考因素之一,可以借助于相圖來調(diào)整活化劑的熔點(diǎn),以期達(dá)到所需要的溫度。
從以上幾個(gè)方面考慮,結(jié)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:
