高性能等静压成型陶瓷与其金属化工艺匹配性的探索(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)湖南湘瓷科艺股份有限公司无机非金属材料工程技术湖南 作者:陈金华

  图1为Al2O3晶粒钼粉平均粒径比与陶瓷抗拉强度的关系。从图1表1中看出:随着Al2O3晶粒同钼粉颗粒平均粒径比的逐步增大,金属化陶瓷的抗拉强度也逐步加大; DAl2O3∶DMo比为(8~10)∶1时,金属膏中钼颗粒与陶瓷中Al2O3颗粒的匹配性最好,抗拉强度值最高,但随着粒径比的再次增大,金属化陶瓷的抗拉强度反而呈下降趋势。

Al2O3晶粒钼粉平均粒径比与陶瓷抗拉强度的关系

图1  Al2O3晶粒钼粉平均粒径比与陶瓷抗拉强度的关系

4、活化剂的添加及其作用

  活性钼锰法配方实质是在钼锰金属化膏配方添加相应的金属氧化物,以扩大原始钼锰配方的适应性,改进金属化层烧结性能,促进陶瓷中玻璃相往金属化层中渗透,改善含玻璃相少的陶瓷金属化性能。

  等静压95%Al2O3瓷中玻璃相较少,对其金属化时,要靠活化剂与瓷界面的Al2O3作用生成足够量的玻璃态物质渗入钼层中,故需较高的烧成温度。添加一定量的活性氧化物,它们与氧化锰构成的玻璃态物质熔点低,粘度小,对钼的润湿性能好,与瓷结合牢固。同时,锰还与玻璃相结合,使玻璃相膨胀系数得到改善,更接近钼与瓷的膨胀系数,从而降低界面应力,改善产品性能。从MnO-SiO2-Al2O3 和SiO2-Al2O3 相图可以看出,二元相图中产生共熔体的温度比三元相图的要高。所以确定配方中添加复合活性剂,由多种碱性氧化物和熔点低的物质按一定比例加工而成,有利于降低金属化烧结温度,促进金属化层与陶瓷体能生成一定的过渡层,使金属化层与陶瓷结合良好,提高金属化陶瓷的性能。通过试验分析:没有活性剂的金属化配方,其金属化层与陶瓷体的界面清晰,互相反应渗透几乎没有,结合性也不良,封接性能不好。

  添加单一活性剂的金属化配方,金属化层与瓷开始有一定反应,能形成一定的过渡层,产品的封接性能有所改进,但稳定性和可靠性不高。

  添加复合活性剂的金属化配方,金属化层与陶瓷反应较完全,形成的过渡层互相渗透有一定深度,金属化层与陶瓷结合良好,其抗拉强度值也最高,烧成范围宽,可达±8℃,产品质量稳定,可靠。

5、结论

  在陶瓷金属化工艺中,从以下几个方面加以控制,不仅使金属化陶瓷既有等静压成型工艺生产的95%Al2O3陶瓷致密、体积密度大,气孔率低,显微结构均匀、强度更高、规整度更好等优点,又能确保金属化层与陶瓷结合良好、各项性能指标高,质量可靠稳定。

  (1) 通过控制金属粉的颗粒度,使金属膏粉在陶瓷体上尽量达到最紧密堆积,从而使金属化层致密。

  (2) 金属粉的颗粒与陶瓷晶相颗粒的合理匹配,使金属膏在烧成时能与陶瓷体形成紧密结合。

  (3) 使用活性剂,促进金属化层与陶瓷间的适当反应和互相渗透,达到金属化层与陶瓷的牢固结合,确保金属化陶瓷在封接时达到较高的抗拉强度。

  (4) 不同工艺和Al2O3含量的陶瓷要有不同金属化配方和工艺,才能确保陶瓷金属化后的各项技术指标达到最佳,且稳定性和可靠性高。

  (5) 一次金属化烧成温度要与陶瓷烧成温度和陶瓷晶相结构相匹配。

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