21世纪陶瓷-金属封接技术展望(上)

注： "很合适， !合适
万方数据
第 6期
高陇桥： （上） $ .世纪陶瓷—金属封接技术展望
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瓷和等静压成型的推广和 ! 多品种 ! " # ! " 应用
目前 国 内 最 常 用 和 基 本 生 产 的 ! 瓷是 " # $ % 瓷， 虽然， 早期有些厂家曾研制和生产过 & ’ (! " # $ % 瓷， 但在真空微波管和真空开关 & ) (和 & $ (! " # $ % 管管壳金属化工艺上， 都未能形成规模化生产。这 与国外的发展模式是不一样的。实际上， 日本、 韩国 这样的国家， 很强调性价比， 在性能满足需求的情况 下， 尽量降低成本， 从而在市场竞争上处于不败之 地。在 ! 瓷中， 采用 ! 含量较低的 & " # " # ) (， $ % $ % 除了损耗角正切值相差较大外， 其它如抗弯 & $ (瓷， 强度、 线膨胀系数、 击穿强度和体积电阻等皆相差无 几， 而且有些真空器件 （如真空开关管管壳 * + 基片 等） 所用陶瓷， 并无, 即便是真空微波管 ! 的要求， 管内零件， 也不是全部陶瓷零件要求很低的, !值， 因而在$ 瓷种并形 .世纪适当发展& ) (、 & $ (! " # $ % 成产业 化 将 是 有 利 可 图 的。这 些 低 含 量 的 & ) (、 陶瓷， 将会有较低的烧结和金属化温度， & $ (! " # $ % 陶瓷 这方面的选择空间将比高含量的 & ’ (! " # $ % 宽广得多。几种 ! 陶瓷性能比较见表% 。 " # $ % 此外， 就管壳成形来说， 目前我国主要是采用热 压铸和等静压两种方法， 这两种方法各具特点： "热 压铸工艺是坯体精度高且强度较大， 可以成型各种 复杂形状产品。此外， 模具简单， 易于加工。设备投 资小， 易于上马。但其缺点是生产周期长， 经济效率 低。产品密度小， 机械强度低。闭口气孔多， 高压电 场下易打火。特别要指出的是由于此工艺含腊量 高， 收缩率不易控制， 往往产品的形变量会在 /. ( 左右， 从而使其外形尺寸的一致性较差。 # 等静压 工艺则与此迥然不同， 它具有技术性能高， 外形尺寸 一致性好的特点， 但其设备投资大， 工艺复杂， 成本 偏高。以真空开关管陶瓷为例， 目前国内产量仍以 热压铸工艺为主， 大约占 0 而等静压则 ) ( $0 ’ (，
包括 ! 粉体 两个明显的不足： "一致性不够好， " $ # % 的纯度、 杂质含量、 粒度分布、 转晶率以及烧结性能 等批次之间不能受控， 这对现代化和规模化生产影 响极大。#品种少、 针对性差， 不适应我国近年来陶 瓷品种的发展和工艺的变化， 例如作为电子陶瓷和 耐火材料不同应用领域所需求的 ! 粉体， 在许 " $ # % ， 如3 多性 能 方 面 都 大 相 径 庭； 同一种 ! " $ 4 # % 的绝缘零件和 用基片， 在一些性能的要求 $ 5 6 ! " # % 瓷同一应用， 只在成型 上也不同， 即使是同种 ! " $ # % 工艺上不同， 例如等静压和热压铸， 其粒度分布的要 求也相差甚远。因此， 当前我国应该在保证一致性 的情况下大力发展多品种 ! 粉体， 以使不同的 " $ # % 瓷种、 不同的工艺以及不同的性能要求等， 都有相应 的! 粉体来满足。日本有些公司， 例如昭和轻 " $ # % 做法， 可以借鉴， 见表# 。 金属 （. 7 $8!9 : 0 ; $）
低纳
! = 2 ) -系列 ! = 2 * %系列 ! = 2 * -系列
! = 2 ) < . ? ! ! = 2 ) @ < . ? 系列 ! " 热活性 A : ! = 2 ) , < ! = 2 ) , # B ! 2 ) , % 高纯 球形 ! 2 ) @ ) . ? A ! 系列 ! .系列 ! ! ! "
摘 要： 综述了! 着重叙述了电子器件用高热导率材料， 真空开关管的技术发展对 "世纪陶瓷—金属封接技术的展望， 该技术的需求， 以及其生产技术的控制和质量保证。
关键词： 陶瓷 金属封接； 高热导率材料； 真空开关管 %
F 中图分类号： D E " ! " @ " # G @ H
新世纪对陶瓷—金属封接技术这一领域将有新 的推动和需求， 材料是现代文明的三大支柱之一， 列 为! "世纪优先发展的关键领域之一。科学技术的 发展使各类相对独立的材料如金属、 陶瓷、 高分子 等， 相互渗透、 相互结合， 陶瓷—金属封接技术正是
表! " 粉体的品级和应用 # $ ! %
应用 陶瓷 耐火材料 合 成 尖 晶 石 定 型 耐 火 材 料 可 浇 铸 耐 火 材 料 陶 瓷 纤 维 抛光和 细磨 硬 磨 材 料 软 磨 材 料 其他
品级
实 耐 坩 绝 火 电 陶 透 单 陶 熔 烧 验 磨 锅 缘 花 子 瓷 明 晶 瓷 融 结 室 瓷 件 塞 零 刀 陶 过 三 三 瓷 件 具 瓷 滤 氧 氧 器 化 化 二 二 铝 铝 ! ! ! ! ! ! " ! " " ! ! ! ! " " " ! ! ! " ! ! "
领域 真空电子技术 微电子技术 激光和红外技术 电光源 高能物理和宇航工业 能源和汽车工业 化学工业 工业测量 其它 半导体器件和集成电路、 电力电子、 功率模块等。
收稿日期： ! # # " % # $ % ! K “中国真空电子行业协会” 主办的 “陶瓷 金属封接技术” 研讨会上的特邀报告。 万方数据 #本文为 %
粉体质量的保证和发展 ; 6 1 = < >
陶瓷是在国内外陶瓷—金属封接领域中 ’ : ( ! H 粉体的性 用量最大的一种陶瓷， 其基本原料 ’ : ( ! H 能和质量会极大的影响着陶瓷的性能发展。
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作为电子陶瓷用 ’ 粉体在国内的发展大体 : ( ! H 分为两个阶段， 第一阶段为 K 此时主要 #!I # 年代， 用冶金部所属工厂生产的工业 ’ 粉体， 其成分 : ( ! H 特征是 E 这是由于冶 ’ /含量偏高， M .含量偏低， : 工艺所 要 求 的 没 有 一 次 晶 粒， 粒度分布 N G # @ "O
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（上） ! " 世纪陶瓷—金属封接技术展望
高陇桥
（北京真空电子技术研究所， 北京 " ） # # # " $
Biblioteka Baidu
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文献标识码： ’
文章编号： （ ） " # # ! % I J H G ! # # " # $ % # # " " % # $
随着多学科的交叉而形成和发展起来的， 是材料的 应用和延伸， 是一门工艺性和实用性都很强的基础 技术。在本世纪诸多领域得到进一步发展和应用， 如表"所示。
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转晶率、 活性、 体积密度、 真密度、 粉体破碎性 ! " $ # % 等性能指标。当然， 标准化工作也很不够， 除企业标 准外， 只制定了一个合适于冶 ! "工业用工业 ! " $ # % 技术条件 （& ） 的部级标准， 其技术条件仅 ’ ( ) *+, 是化学成分和灼减， 其品级顺序的主要依据是 . / $ # 含量。电子陶瓷所要求的特性没有得到体现。 由于电子工业的发展和微波电子器件质量保证 的需求， 那种纯度不高， 杂质要求的颠倒和一厂一所 的混硼、 煅烧来降低 0 相是难 1含量和获得 ! 2 ! " $ # % 粉体。因而， 在第 以得到高质量一致性好的 ! " $ # % 二阶段， 制定了国家标准以及厂所合作等方式， 特别 是市场经济的规律使电子陶瓷用 ! 粉体上了一 " $ # % 个台阶。在提出纯度、 杂质的要求外， 也提出 ! " $ # % 粉体粒度的! 转晶率的要求， 并且收到了良 +! " $ # % 好的效果。 但是， 时至今日， 我国生产的 ! 粉体仍存在 " $ # %
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真 空 电 子 技 术 C ’ B P PQ R ) R B D S ( E 0 B M
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综 述
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材 玻 焊 熔 分 催 树 涂 料 璃 条 剂 离 化 脂 料 抛 器 剂 填 光 充 剂
标准 粗粉 细粉 超细粉
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为$ ’ ($ % ) ( 左右。当然国外几家公司进入中国 市场的陶瓷件则全部为等静压工艺成型的。为了使 我国此类陶瓷档次与国际接轨， “十五” 期间， 等静压 工艺的比例会有所提高， 到 “十五” 末期， 预计会达到 1 ) (左右。
" 电子器件用高热导率材料
当今整个电子器件的发展趋势是高密度、 多功 能、 快速化和大功率。超大规模集成电路的布线宽 度目前国内已达到亚微米水平， 电力电子器件和功 率模块也向大功率发展， 现在国内一个 2 3 # 器件 可通过数千安培的电流， 真空电子器件也一样， 目前 国外螺旋线行波管的最大脉冲功率已达到. ’ )4 5， 最大连续功率为 %4 最高频率达 1 而相 5， 62 7 8， 应的功率可近. 国外宽带螺旋线大功率行波 ) ) 5， ! " 管， 在9$. 62 7 8频率范围内， ! :% ) )$’ ) ) 5， !
表; 陶瓷—金属封接技术的应用领域
具体器件和应用 通讯、 发射管、 微波管、 放电管、 显像管、 显示器件、 真空开关管、 增强器件等。 L 光管、 激光器谐振腔、 输出窗、 放电管电极、 热成像和夜视仪器件等。 高压钠灯、 卤化物灯、 碘钨灯和各种闪光灯等。 正负电子碰撞机、 加速器、 探测器、 各种高空探头和传感器等。 磁流体发电、 高能、 长寿命电池、 热离子交换器、 火花塞、 陶瓷发动机部件、 各种汽车用传感器。 化学反应密封装置、 采油柱塞、 热交换器等。 热电偶管、 观察窗、 真空设备用引线等。 原子能工业、 生物牙齿、 关节接合等。