Πρόοδοι στην τεχνολογία μεταλλοποιημένης κεραμικής: Mo-Μέθοδος Mn και Ανάλυση Μηχανισμού της Ενεργοποιημένης Μο-Μέθοδος Mn

Στους τομείς της υψηλής{0}}αξιοπιστίας ηλεκτρονικής συσκευασίας και των δομικών συνδέσεων υψηλής- θερμοκρασίας, η σταθερή συγκόλληση μεταξύ κεραμικών και μετάλλων ήταν πάντα μια βασική τεχνική πρόκληση. Τα δομικά κεραμικά, που αντιπροσωπεύονται από αλουμίνα, διαθέτουν υψηλή σκληρότητα, υψηλή μόνωση και εξαιρετική αντοχή στη θερμότητα, αλλά η ευθραυστότητα και η επιφανειακή τους αδράνεια καθιστούν δύσκολη την άμεση συγκόλληση με μέταλλα. Για την επίτευξη αξιόπιστων συνδέσεων από κεραμικό-με-μετάλλο, οι διαδικασίες επιμετάλλωσης έχουν γίνει βασικό συστατικό, με τη μέθοδο Mo-Mn και τη βελτιωμένη ενεργοποιημένη μέθοδο Mo-Mn να διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στις εφαρμογές μηχανικής.

Η παραδοσιακή μέθοδος Mo-Mn περιλαμβάνει την επίστρωση ενός υποστρώματος Al2O3 με ένα εναιώρημα που περιέχει μεταλλικές σκόνες μολυβδαινίου και μαγγανίου, που ακολουθείται από πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή- θερμοκρασία για να σχηματιστεί ένα επιμεταλλωμένο στρώμα. Μελέτες έχουν δείξει ότι όταν το Mo και το Mn υψηλής καθαρότητας αναμειγνύονται σε αναλογία 80:20 για επιμετάλλωση με κεραμική επεξεργασία, το μεταλλικό στρώμα που προκύπτει παρουσιάζει εξαιρετική διεπιφανειακή σύνδεση με το υπόστρωμα αλουμίνας.

Τα δεδομένα δοκιμών νανοχαρακτηρισμού δείχνουν ότι η νανοσκληρότητα του υποστρώματος Al2O3, της επιφανειακής στρώσης και της μεταλλικής επικάλυψης είναι περίπου 14 GPa, 5,5 GPa και 1,5 GPa, αντίστοιχα. Η σκληρότητα μειώνεται προοδευτικά από το κεραμικό υπόστρωμα στο μεταλλικό στρώμα, σχηματίζοντας μια δομή συνεχούς κλίσης. Αυτή η διεπαφή κλίσης μειώνει αποτελεσματικά τη θερμική καταπόνηση που προκαλείται από την αναντιστοιχία θερμικής διαστολής, συμβάλλοντας στη βελτιωμένη αντίσταση του συνδέσμου σε θερμικό σοκ και επιτρέποντας στα επιμεταλλωμένα κεραμικά εξαρτήματα να λειτουργούν μακροπρόθεσμα σε περιβάλλοντα υψηλότερης-θερμοκρασίας.

Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης, τα σωματίδια Mo σχηματίζουν πρώτα μια συνεχή δομή πλαισίου, ενώ το Mn συμμετέχει στη διεπιφανειακή αντίδραση και προάγει τη σύνδεση με την κεραμική γυάλινη φάση. Σε υψηλές θερμοκρασίες, μια μικρή ποσότητα υαλώδους φάσης μεταναστεύει από το κεραμικό εσωτερικό προς το στρώμα επιμετάλλωσης, γεμίζοντας τους πόρους και ενισχύοντας τη διεπιφανειακή αντοχή συγκόλλησης. Αυτή η διαδικασία διάχυσης και μετανάστευσης είναι ένα κρίσιμο θεμέλιο για το σχηματισμό σταθερών δεσμών στην παραδοσιακή τεχνολογία επιμετάλλωσης κεραμικών.

Ωστόσο, η παραδοσιακή μέθοδος Mo-Mn έχει σημαντικές ελλείψεις. Πρώτον, απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες πυροσυσσωμάτωσης και καταναλώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Δεύτερον, η έλλειψη ενεργοποιητών στο σύστημα μεταλλικής σκόνης έχει ως αποτέλεσμα περιορισμένη διαβρεξιμότητα διεπιφανειών, περιορίζοντας τη δυνατότητα βελτίωσης της αντοχής σφράγισης. Ως εκ τούτου, έχουν αναπτυχθεί σταδιακά βελτιωμένες διαδικασίες για εφαρμογές υψηλού επιπέδου.

Η ενεργοποιημένη μέθοδος Mo-Mn είναι μια βελτιστοποίηση της παραδοσιακής διαδικασίας, με βασικό στόχο τη μείωση της θερμοκρασίας επιμετάλλωσης και την ενίσχυση της αντιδραστικότητας της διεπιφανείας. Οι βελτιώσεις εμπίπτουν κυρίως σε δύο κατηγορίες: πρώτον, προσθήκη ενεργοποιητών στη σύνθεση. δεύτερον, αντικατάσταση μέρους της σκόνης μετάλλου με οξείδια ή άλατα μολυβδαινίου ή μαγγανίου.

Υπό συνθήκες επιμετάλλωσης, τα σωματίδια Mo συντήκονται για να σχηματίσουν μια δομή πλαισίου-που μοιάζει με σφουγγάρι. Το μεταλλικό Mn οξειδώνεται σε MnO, το οποίο στη συνέχεια υφίσταται μια αντίδραση διάχυσης με προσθήκη Al2O3, SiO2, CaO και άλλα συστατικά, δημιουργώντας ένα τήγμα με χαμηλό σημείο τήξης και χαμηλό ιξώδες. Αυτό το τήγμα παρουσιάζει καλή διαβρεξιμότητα για το Mo και μπορεί να αλληλεπιδράσει με τη μικρή ποσότητα υαλώδους φάσης που υπάρχει σε κεραμικά 95 wt.% Al2O3.

Ο σχηματισμός αυτού του τήγματος χαμηλού{0} ιξώδους προάγει σημαντικά τη μετανάστευση της υαλώδους φάσης από το κεραμικό εσωτερικό στους πόρους του στρώματος επιμετάλλωσης, ενισχύοντας τη μηχανική σύμπλεξη και τη χημική σύνδεση στη διεπιφάνεια. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους, η διαδικασία ενεργοποιημένου Mo-Mn σχηματίζει μια πιο πυκνή επιμεταλλωμένη κεραμική δομή στη διεπαφή, βελτιώνοντας τη συνολική αξιοπιστία συγκόλλησης.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά μεκεραμική επιμετάλλωσηδιαδικασίες και εφαρμογές, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας για να συζητήσουμε τεχνικές λεπτομέρειες και μελλοντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης.