AlN陶瓷活性法金属化
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。
AlN陶瓷与可伐合金的活性封接(1)
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟AlN 陶瓷与可伐合金的活性封接(1)随着电子工业的高速发展,电子电力器件朝着模块化、智能化的方向发展。
由于集成度不断提高,元器件的体积也越来越小,因此人们希望有一种热导率高的陶瓷材料来代替氧化铍和氧化铝,以解决元器件的散热问题。
AlN 陶瓷具有很高的热导率,在陶瓷材料中仅次于BeO 和SiC,其力学强度高、抗腐蚀、热膨胀系数与硅相匹配、无毒,成为目前最具有发展前途的一种陶瓷基板材料。
但是,要使AlN 陶瓷作为一种散热基板材料来使用,必须要实现AlN 陶瓷与其他材料(金属、合金等) 的有效封接。
焊接是一种实现陶瓷与金属封接的常用方法,它是通过使用焊料,在陶瓷的表面形成液相合金润湿陶瓷来实现的。
由于陶瓷很难被传统的焊料润湿,需要预先在陶瓷表面上镀一层金属化层,目前最常用的是Mo-Mn 金属化法,但是这种方法工艺复杂,成本高。
另外,由于Mn 的抗腐蚀能力比较差,使这种连接方法在核反应工业领域的应用受到限制。
活性金属封接法是电真空器件常用的陶瓷金属封接方法,这种方法不仅可以实现金属与陶瓷或者陶瓷与陶瓷的封接,而且具有被焊接金属与陶瓷不需要加压,在较低的温度下一次加热即可焊接成功、陶瓷不需要金属化,工艺简单等优点。
本文针对AlN 陶瓷及可伐在真空器件中的应用,采用Ag-Ti 活性焊料对两者进行了封接,并讨论了活性封接机理。
1、试验方法试验采用掺杂5%Y2O3 做烧结助剂的AlN 陶瓷,采用北京有色金属研究院提供的厚度约为0.1mm 的Ag-Ti 活性焊料片。
试验前采用高精度切片机对陶瓷和可伐进行加工。
将AlN 陶瓷和可伐合金分别加工成3mm 乘以4mm 乘以18mm 的标准抗弯条,做焊接后试样的弯曲强。
aln陶瓷的烧结温度
aln陶瓷的烧结温度
ALN陶瓷的烧结温度：
ALN陶瓷是一种性能优异的高温结构陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、高热
导率、耐高温、耐腐蚀等优良特性。
烧结是ALN陶瓷制备过程中至关重要的一步，烧结温度直接影响到陶瓷的致密度、硬度和热导率等性能。
一般来说，ALN陶瓷的烧结温度通常在1800℃以上。
烧结温度的选择是一个
复杂的工艺参数，需要考虑到陶瓷粉末的颗粒大小、形状、成分、添加剂等因素。
在烧结过程中，温度的升降速度也是至关重要的，过快或过慢都会影响到烧结效果。
在烧结过程中，陶瓷颗粒会因为高温而熔化，颗粒之间会发生结合，从而形成
致密的陶瓷结构。
烧结温度越高，烧结时间越短，陶瓷的致密度和硬度会更高，热导率也会更好。
但是烧结温度过高也会导致陶瓷晶粒长大过快，影响陶瓷的性能。
因此，在制备ALN陶瓷时，烧结温度的选择需要在充分考虑各种因素的基础
上进行。
一般来说，烧结温度在1800℃-2000℃之间比较适合，能够保证陶瓷的性
能得到较好的发挥。
在实际生产中，需要根据具体的陶瓷材料和工艺要求，进行烧结温度的调整，以获得最佳的烧结效果和性能表现。
氮化铝陶瓷及其表面金属化研究
氮化铝陶瓷及其表面金属化研究氮化铝陶瓷是一种以氮化铝（AlN）为主要成分的陶瓷材料。
由于其具有高导热性、高硬度、优良的电气绝缘性能以及耐腐蚀等特性，氮化铝陶瓷在许多领域都得到了广泛的应用，如电子封装、汽车、航空航天等。
为了进一步拓展氮化铝陶瓷的应用范围，提高其可靠性和耐用性，表面金属化成为了一种重要的研究方向。
本文将详细介绍氮化铝陶瓷的制备、表面金属化的方法及其优缺点，并展望未来的研究方向。
氮化铝陶瓷的制备主要采用粉末冶金法、化学气相沉积法、热解法等。
其中，粉末冶金法是最常用的制备方法，其主要工艺流程包括原料合成、粉体制备、坯体成型和烧结等步骤。
在制备过程中，原料的纯度、粒度和混合均匀性等因素都会影响氮化铝陶瓷的性能。
烧结温度和气氛也是影响氮化铝陶瓷性能的重要因素。
为了提高氮化铝陶瓷的可靠性和耐用性，表面金属化成为了一种有效的手段。
表面金属化不仅可以提高氮化铝陶瓷的导电性能，还可以增强其抗氧化性和耐腐蚀性。
氮化铝陶瓷表面金属化的方法主要有物理气相沉积法、化学镀法和电镀法等。
物理气相沉积法是一种在氮化铝陶瓷表面沉积金属膜层的方法，其优点是附着力强、膜层致密，但生产效率较低。
化学镀和电镀法可以在氮化铝陶瓷表面沉积金属层，但需要对表面进行处理，以增加附着力。
在表面金属化过程中，金属种类、工艺参数和表面处理方式都会影响金属化层的性能。
通过对不同制备方法和表面金属化工艺的实验研究，我们发现，采用高纯度原料、优化烧结工艺和选择合适的表面金属是提高氮化铝陶瓷性能的关键。
在表面金属化方面，采用物理气相沉积法可以获得附着力强、致密的金属层，但生产效率较低；而化学镀和电镀法则具有较高的生产效率和较低的成本。
然而，这些方法都需要对表面进行处理，以增加附着力。
尽管氮化铝陶瓷及其表面金属化已经取得了显著的进展，但仍存在一些不足之处，如制备成本较高、金属层的导电性能和附着力有待进一步提高。
因此，未来的研究方向应包括：探索新型的制备方法和表面金属化工艺，以降低成本和提高性能；研究原料的优化配比和烧结气氛，以实现氮化铝陶瓷性能的进一步提高；开展表面金属化的改性研究，以增加金属层的导电性能和附着力；拓展氮化铝陶瓷及其表面金属化的应用领域，如新能源汽车、智能制造等领域。
氮化铝陶瓷及其表面金属化研究
ＡＩＮ ｃｅｒａｍｉｃ ａｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｌｍ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ Ｙ２０３，ＣａＯ ａｎｄ Ｙ２０３一ＣａＯ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ，ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ， ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅｓｓ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ
关键词：
ＡＩＮ陶瓷、厚膜、ｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ ｉｓ
ａｎ
ｉｄｅａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｎｄ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈ
ｐｏｗｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ ｍｏｄｕｌｅｓ ｄｕｅ ｔｏ ｈｉｇｈ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，
ｉｎ疵ｔｈｅｎ
ｒｅｓｕｌｔａｎｔ ｍｅｔａｌ ｌａｙｅｒ ｗａｓ ｄｅｎｓｅ ａｎｄ ｓｍｏｏｔｈ ｈ。ｌｄｉｎｇ ｆｏｒ １ ５ ｍｉｎｕｔｅｓ ｉｎ ９５％Ｎ２，ｔｈｅ
５・２ ｍＤ．／ｒｑ・ ｗｉｔｈ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ １２．７ＭＰａ ａｎｄ ｓｈｅｅｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ
ｏｎ
ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
95%Al_(2)O_(3)陶瓷的MoO_(3)体系低温金属化机理研究
-工艺与实验•95_AI2O3陶瓷的MoO3体系低温金属化机理研究陈欣，杨洁，黄冈U,陈弹蛋，向军，李天涛，刘平(中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900)摘要：本文采用由MoOs加活化剂组成的配方对氧化铝陶瓷进行低温金属化，通过对氧化铝陶瓷、金属化层的显微结构及元素的分布情况来探索氧化铝陶瓷的低温金属化机理％研究发现金属化层中大部分MoOs还原成活性较好的Mo颗粒，M。
颗粒间相互烧结连通为主体金属海绵骨架，同时少量的M。
氧化物与MnO、AlO3、SiO2、CaO等形成玻璃熔体，MnO.Al2O3. SiO2、CaO之间也会形成MnO-Al2O3-SiO2-CaO系玻璃熔体，从而获得致密、M。
金属与玻璃熔体相互缠绕、包裹的金属化层。
金属化层中的两种玻璃熔体先后渗透、扩散进入氧化铝陶瓷晶界从而实现陶瓷与金属化层之间的连接。
金属化层中还原的M。
金属与Ni层之间形成Mo-Ni合金，从而实现Ni层与金属化层之间的结合％关键词：低温金属化&5%AlO3陶瓷陶瓷；活化剂；玻璃相中图分类号：TB756文献标识码:A文章编号:1002-8935(2021)01-0062-05doi：10.16540/11-2485/tn.2021.01.12Study on Low-Temperature Metallization Mechanism ofMOO3System for95%AI2O3CeramicsCHEN Xin"YANGJie"HUANG Gang"CHEN Dan-dan"XIANGJun"LiTian-tao"LIU Ping(.Institute of Fluid Physics,CAE A,Mianyang621900,China)Abstract:A formula composed of MoO3and activator is used to metallize alumina ceramics at low tem-perature,andthelowtemperature meta l ization mechanism ofaluminaceramicsisexploredthroughthe microstructureandelementdistributionofaluminaceramicsandmeta l izationlayers.Thestudyshowsthat mostofthe MoO3inthemeta l izationlayerisreducedtoactiveMoparticles.TheMoparticlesaresintered andconnectedtogethertoformthemain metalspongeskeleton.Atthesametime,asma l amountofMo oxideformsaglassphasewith MnO,Al2O3,SiO2,CaO,etc.MnO,Al2O3,SiO2,CaOalsoformaglass phaseofMnO-Al2O3-SiO2-CaO.Therefore,adensemeta l izationlayerofintertwined,wrapped Mometal andglassphaseisdeveloped.Thetwoglassesmeltinthemeta l izationlayerandtheninfiltrateanddi f use intothealuminaceramicgrainboundarysuccessivelytoachieveconnectionoftheceramicandthemeta l iza-tionlayer.Mo-Nia l oyisformedbythereduced Mointhemeta l izationlayerandtheNilayer,therebya-chievingbondingoftheNilayerandthemeta l izationlayer.Keywords'Lowtemperaturemeta l ization,95%Al2O3ceramics,Activator,Glassphase活化Mo-Mn法以Mo为主，加上Mn(MnO)、Al2O3.SiO2等添加剂，在陶瓷待焊接面烧结一层金属薄膜，这一称为化,是目前氧化铝：最用的一种金属化工艺，但是化烧结温度大多为中高温工艺(1300〜1600°C)(1)。
一种陶瓷金属化用活化钼锰浆料及其制备方法[发明专利]
![一种陶瓷金属化用活化钼锰浆料及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e3b34524876fb84ae45c3b3567ec102de2bddfab.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201611173820.6(22)申请日 2016.12.16(71)申请人 康文涛地址 417000 湖南省娄底市新化县上梅镇工农河路54号(72)发明人 康丁华 毛桂生 胡继林 胡传跃 (74)专利代理机构 长沙楚为知识产权代理事务所(普通合伙) 43217代理人 李大为(51)Int.Cl.C04B 41/88(2006.01)(54)发明名称一种陶瓷金属化用活化钼锰浆料及其制备方法(57)摘要本发明提供一种陶瓷金属化用活化钼锰浆料及其制备方法，所述浆料中质量为0.5％的添加鲱鱼油和质量为0.1％的大豆卵磷脂，使得制备陶瓷金属化印刷层的光洁度从85％提高至95％以上，金属化的封接强度从≥70MPa提高至≥100MPa。
本发明提供的制备方法工艺简单，容易操作，减少制备环节的复杂性，具有良好的重复性，适合工业生产。
权利要求书1页 说明书5页CN 106588123 A 2017.04.26C N 106588123A1.一种陶瓷金属化用活化钼锰浆料，其特征在于，以总浆料的质量百分数计，包括以下原料：金属化原料和有机粘接剂；所述金属化原料的质量百分数为60～70％，所述有机粘接剂的质量百分数为30～40％；其中，所述金属化原料包括金属粉末和金属氧化物活性剂；所述金属化原料包括质量百分数为40～60％的钼粉和质量百分数为13～20％的氧化锰；所述金属氧化物活性剂中包括质量百分数为13～21％的氧化铝粉和质量百分数为9～14％的氧化硅；所述有机粘接剂包括乙基纤维素、萜品醇、鲱鱼油和大豆卵磷脂；所述乙基纤维素：萜品醇：鲱鱼油：大豆卵磷脂的质量比为3～6：95～105：0.1～0.5：0.1～0.4。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷金属化用活化钼锰浆料，其特征在于，所述乙基纤维素：萜品醇：鲱鱼油：大豆卵磷脂的质量比为4：100：0.5：0.1。
AlN陶瓷表面单层Cu基金属化薄膜研究
IV
硕士学位论文
插图索引
图 1.1 图 1.2 图 2.1 图 3.1 图 3.2 图 3.3 图 3.4 图 3.5 图 3.6 图 3.7 图 4.1 图 4.2 图 4.3 图 4.4 图 4.5 图 4.6 图 4.7 图 4.8 图 5.1 图 5.2 图 5.3 图 5.4 图 5.5 图 5.6 图 5.7 图 5.8 图 5.9 AlN 的 晶 体 结 构 示 意 图 ...........................…………………………3 薄 膜 受 到 压 应 力 和 张 应 力 示 意 图 ………………………………………12 薄 膜 沉 积 设 备 系 统 示 意 图 ……..…………………………………………16 台阶仪测试样品厚度位置示意图 ..……..…………………………………21 不同沉积温度下制备的 A1N 表面金属化 Cu 薄膜 XRD 图谱 ………..….22 不同沉积温度下制备 A1N 表面铜薄膜的 SEM 照片 ……...……………23 沉 积 温 度 对 铜 薄 膜 应 力 的 影 响 ……..…..…………………………..........24 AlN 表面金属化 Cu 薄膜结构示意图 .…..…………………………………27 不 同 沉 积 温 度 下 AlN 表 面 铜 膜 划 痕 形 貌 ………………………………28 AlN 表面金属化 Cu 薄膜的电阻率随沉积温度的变化曲 ………..……..29 不 同 束 流 条 件 下 沉 积 Ni-Cu 薄 膜 EDS 图 谱 …….......................…33 Ni-Cu 薄膜中含 Ni 量随溅射束流比 I Ni /I Cu 的变化曲线 ….…..……......33 不同成分的 Ni-Cu 薄膜 XRD 衍射图谱 ……......………………………34 不 同 沉 积 温 度 的 Ni-Cu 薄膜 XRD 图谱 ……........……………………35 制备工艺对 Ni-Cu 薄膜表面形貌的影响 …….........……………………35 合金成分对 Ni-Cu 薄膜表面形貌的影响 …….…................……………36 沉积温度对 Ni-Cu 薄膜表面形貌的影响 ……….............………………37 电 阻 率 随 Ni 含 量 的 变 化 …….................................…………………38 计 算 模 型 ……....................................................……………………41 不同沉积温度下的 AlN 表面 Cu 薄膜应力和形变图 ……………………43 沉积温度对 Al 面 Cu 薄膜的热应力的影响 …………..…………………44 不同成分的 AlN 表面 Ni-Cu 薄膜的热应力及形变图 …………..………45 沉积温度对 AlN 衬底表面 Ni-Cu 薄膜最大热应力的影响 …….………46 沉积温度对 AlN 衬底表面 Ni-Cu 薄膜最小热应力的影响 ………………46 不同薄膜厚度下的 AlN 表面 Cu 薄膜应力和形变图 ……….......…………47 薄膜厚度对 AlN 衬底表面 Cu 薄膜的热应力的影响 ……..……………48 薄膜厚度对 AlN 衬底表面 Ni-Cu 薄膜最大残余热应力的影响 …….….…48
AlN陶瓷的薄膜金属化及其与金属的焊接研究
AlN 陶瓷的薄膜金属化及其与金属的焊接研究3鲁燕萍 高陇桥(信息产业部电子第十二研究所 北京 100016)Surface Metallization and Welding of Aluminum Nitride CeramicLu Y anping ,G ao Longqiao(Electron 12th Research institute ,Ministry o f Information Industry ,Beijing ,100016) Abstract Metal films were grown on aluminum nitride (AlN )ceramic by magnetron sputtering for the purposes of joining AlN ceramicand copper by welding to fabricate parts of microwave tube.T ensile strength and the microstructures at the welded joints were studied. K eyw ords Magnetron sputtering ,Welding ,T ensile strength ,Microstructure analysis 摘要 针对AlN 陶瓷在微波管中的应用特点,采用磁控溅射镀膜方法对AlN 陶瓷进行表面金属化,并与无氧铜焊接,测试焊接体的抗拉强度并对陶瓷2金属接合界面进行了微观分析。
关键词 磁控溅射 焊接 抗拉强度 微观分析 AlN 陶瓷由于其优良的导热性能、机械性能以及与BeO 相比无毒副作用,与Si 膨胀系数相近,是理想的半导体器件及集成电路用基板材料,而有关AlN 陶瓷在电真空器件中的应用却未见报道。
当今,整个电力、电子器件的发展趋势是高密度、多功能、快速化和大功率。
AlN 陶瓷资料
AlN 陶瓷因具有高的热导率( 室温下理论热导率为319W/(m·K))、低的介电常数(25℃为8.8MHz)、与Si相匹配的热膨胀系数(20～400℃时为4.3×10-6/ ℃)、良好的绝缘性(25℃时电阻率大于1014Ω·cm)然而,AlN 陶瓷属于共价化合物,自扩散系数很小(小于10-13cm2/s) ,难于烧结致密,且杂质等各种缺陷的存在对其热导率亦有很大的损害。
导热机理在AlN 陶瓷材料中,热量是由晶格振动的格波来传递的。
根据量子理论,晶格振动的能量是量子化的,这种量子化的能量被称为声子。
格波在晶体中传播时遇到的散射可被看作是声子与质点的碰撞,而理想晶体中的热阻可归结为声子与声子之间的碰撞,由此Debye 首先引入声子的概念来解释陶瓷的热传导现象,并得出类似气体热传导的公式:式中：λ为陶瓷的热导率,c为陶瓷的体积热容,…v为声子的平均速度, l为声子的平均自由程。
由此可知,热导率与声子的平均自由程成正比。
理想的AlN 陶瓷烧结体热导率主要由声子的平均自由程决定。
声子的平均自由程l主要受到2个因素的影响：(1) 声子-声子的碰撞使声子的平均自由程减小。
晶格振动的格波相互作用越强，声子间的碰撞概率越大，相应的平均自由程越小；(2) 晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射，从而使得声子平均自由程减小。
Watari 等的研究表明热导率在室温附近达到最大值。
高温时,热传导主要由声子-声子散射决定，且随着温度的升高，声子-声子散射加剧,平均自由程减小,热导率降低；低温时,热传导主要由声子-缺陷散射和/或声子-晶界散射决定，且随着温度的降低,平均自由程亦减小,热导率降低。
热导率的影响因素影响AlN 陶瓷热导率的因素主要有：晶格中杂质元素的含量，特别是氧元素的含量；烧结体的致密度；显微结构及烧结工艺等。
(1) 杂质氧杂质是影响AlN 陶瓷热导率的主要因素。
AlN 与氧有很强的亲和性,在AlN 晶格内容易形成空位、八面体、多型体和堆垛层错等与氧有关的缺陷,这些缺陷对声子的散射大大降低了AlN 陶瓷的热导率。