Κεραμικό περίβλημα επιμεταλλωμένου ηλεκτρονόμου DC: Βασική τεχνολογία συσκευασίας ερμητικών ρελέ

Το επιμεταλλωμένο συγκολλημένο κεραμικό περίβλημα ρελέ συνεχούς ρεύματος χρησιμεύει ως το κρίσιμο μονωτικό και ερμητικό εξάρτημα για ρελέ DC υψηλής τάσης. Χρησιμοποιεί κεραμική επιμετάλλωση και συγκόλληση κεραμικού μετάλλου για να δημιουργήσει μια πλήρως σφραγισμένη κοιλότητα πυρόσβεσης τόξου, απομονώνοντας τα εσωτερικά συστήματα επαφής από την υγρασία, τη σκόνη και το εξωτερικό περιβάλλον. Αυτή η λύση αντιμετωπίζει τα σημεία συμφόρησης των πλαστικών περιβλημάτων υπό ανακύκλωση υψηλής τάσης και υψηλής θερμοκρασίας και υιοθετείται ευρέως στην αποθήκευση ενέργειας, στις αποσυνδέσεις μπαταριών EV και στα συστήματα διανομής ισχύος DC.

Τα κεραμικά και τα μέταλλα έχουν πολύ διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Το κεραμικό είναι ένα ανόργανο μη μεταλλικό υλικό με εξαιρετική μόνωση και θερμική σταθερότητα, ενώ το μέταλλο προσφέρει εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα και ολκιμότητα. Για να συνδυάσουν τις αντοχές τους για το περίβλημα ρελέ κενού αλουμίνας Al2O3, η κεραμική επιμετάλλωση γίνεται το απαραίτητο βήμα προεπεξεργασίας. Η διαδικασία εναποθέτει μια σταθερά συνδεδεμένη μεταλλική λεπτή μεμβράνη σε κεραμικές επιφάνειες, καθιστώντας το κεραμικό συγκολλήσιμο για επακόλουθη συναρμολόγηση συγκόλλησης με μεταλλικούς δακτυλίους ή ακραίες τάπες. Η ποιότητα της επιμετάλλωσης καθορίζει άμεσα την αεροστεγανότητα και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία του τελικού περιβλήματος του ρελέ.

Η ένωση κεραμικού και μετάλλου για μεταλλικά κεραμικά αλουμίνας για ηλεκτρικά ρελέ φέρνει πολλές εγγενείς προκλήσεις υλικού.

• Αναντιστοιχία συντελεστή θερμικής διαστολής. Τα κεραμικά διαθέτουν χαμηλή θερμική διαστολή, ενώ τα μέταλλα διαστέλλονται πολύ περισσότερο υπό τη θερμότητα, γεγονός που προκαλεί εύκολα ρωγμές στους αρμούς στεγανοποίησης. Οι μηχανικοί πρέπει να διαχειρίζονται προσεκτικά τη θερμική καταπόνηση μέσω ταιριασμένων ενδιάμεσων μεταλλικών στρωμάτων.
• Χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και κακή αντοχή σε θερμικά σοκ των κεραμικών. Κατά τη συγκόλληση, οι διαβαθμίσεις θερμοκρασίας γύρω από τη ζώνη συγκόλλησης πρέπει να ελαχιστοποιούνται, με ελεγχόμενους ρυθμούς ψύξης μετά την ένωση.
• Τα περισσότερα κεραμικά είναι μη αγώγιμα, αποκλείοντας τις συμβατικές μεθόδους ηλεκτροσυγκόλλησης. Απαιτείται κεραμική επιμετάλλωση ή ενεργή συγκόλληση μετάλλων για τη δημιουργία αξιόπιστης διεπαφής συγκόλλησης.
• Ο σταθερός ηλεκτρονικός συντονισμός μέσα στα κεραμικά μόρια δημιουργεί υψηλά εμπόδια για την άμεση σύνδεση κεραμικού-μετάλλου. Η τροποποίηση της επιφάνειας είναι υποχρεωτική πριν από τη συγκόλληση.
• Τα κεραμικά είναι ομοιοπολικά κρυσταλλικά υλικά με περιορισμένη πλαστική παραμόρφωση. Εύθραυστο κάταγμα εμφανίζεται συχνά στις αρθρώσεις. Τα ενδιάμεσα στρώματα ρυθμιστικού διαλύματος και η συγκόλληση έμμεσης διάχυσης εφαρμόζονται συνήθως σε χαμηλότερη θερμοκρασία σύνδεσης.
• Απαιτούνται εξειδικευμένες δομές στεγανοποίησης για περιβλήματα ρελέ, που κατηγοριοποιούνται ως επίπεδα σφράγιση, στεγανοποιητικό χιτώνιο, στεγανοποιητικό πείρο και στεγανοποιητικό πισινό. Η στεγανοποίηση χιτωνίων προσφέρει την καλύτερη απόδοση, με αυστηρές απαιτήσεις κατασκευής για όλους τους τύπους αρμών.

Ο μηχανισμός επιμετάλλωσης είναι ένας πολύπλοκος συνδυασμός φυσικής διάχυσης και χημικών αντιδράσεων, συμπεριλαμβανομένης της πλαστικής ροής και της αναδιάταξης σωματιδίων. Τα συστατικά του οξειδίου μέσα στην πάστα επιμετάλλωσης αντιδρούν και διαχέονται σε διαφορετικά στάδια πυροσυσσωμάτωσης. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οι πρώτες ύλες σχηματίζουν ενδιάμεσες ενώσεις και μετατρέπονται σε υγρή γυάλινη φάση στην ευτηκτική θερμοκρασία. Η παχύρρευστη γυάλινη φάση δημιουργεί πλαστική ροή. τα σωματίδια αναδιατάσσονται υπό τριχοειδή δύναμη. Καθοδηγούμενα από την επιφανειακή ενέργεια, τα άτομα διαχέονται και οι κόκκοι αναπτύσσονται, οι πόροι συρρικνώνονται και εξαφανίζονται, σχηματίζοντας τελικά ένα πυκνό επιμεταλλωμένο στρώμα για τα Κεραμικά Συστατικά Αλουμίνας Υψηλής Ακρίβειας.

1. Προεπεξεργασία υποστρώματος. Γυάλισμα πυροσυσσωματωμένων κεραμικών τεμαχίων σε οπτική ομαλότητα με λειαντική πάστα διαμαντιών, έλεγχος τραχύτητας επιφάνειας Μικρότερη ή ίση με 1,6μm. Καθαρισμός με υπερήχους σε ασετόν και οινόπνευμα σε θερμοκρασία δωματίου για 20 λεπτά.
2. Παρασκευή πολτού επιμετάλλωσης. Ζυγίστε τις πρώτες ύλες σύμφωνα με το σκεύασμα και στη συνέχεια αλέστε με σφαιρίδια για να παρασκευαστεί πολτός με στοχευμένο ιξώδες.
3. Επικάλυψη και στέγνωμα. Μεταξοτυπία πολτός επιμετάλλωσης ομοιόμορφα σε κεραμικά υποστρώματα. Το πάχος του πολτού χρειάζεται ακριβή έλεγχο: το πολύ λεπτό επιτρέπει στο πληρωτικό συγκόλλησης να διεισδύσει στο επιμεταλλωμένο στρώμα, ενώ το υπερβολικό πάχος εμποδίζει τη στοιχειακή μετανάστευση. Τα επικαλυμμένα μέρη στεγνώνουν μέσα σε φούρνο.
4. Κατεργασία με θερμοκρασία. Αποξηραμένα τεμάχια κατεργασίας με πυροσυσσωμάτωση κάτω από αναγωγική ατμόσφαιρα για να σχηματιστεί το συγκολλημένο επιμεταλλωμένο στρώμα.

Μέθοδος Mo-Mn

Η επιμετάλλωση Mo-Mn χρησιμοποιεί πυρίμαχη σκόνη μολυβδαινίου αναμεμειγμένη με σκόνη μαγγανίου, επικαλυμμένη με κεραμικό Al2O3 και πυροσυσσωματωμένη για να σχηματίσει ένα μεταλλικό στρώμα. Η παραδοσιακή διαδικασία Mo-Mn απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες πυροσυσσωμάτωσης και καταναλώνει περισσότερη ενέργεια. χωρίς ενεργοποιητές, η αντοχή σφράγισης παραμένει σχετικά χαμηλή.

Ενεργοποιημένη μέθοδος Mo-Mn

Το ενεργοποιημένο Mo-Mn έχει βελτιστοποιηθεί από την κλασική διαδρομή Mo-Mn. Οι τροποποιήσεις περιλαμβάνουν την προσθήκη ενεργοποιητών ή την αντικατάσταση της μεταλλικής σκόνης με οξείδια ή άλατα μολυβδαινίου/μαγγανίου, με στόχο τη μείωση της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης. Αν και η διαδικασία είναι περίπλοκη και δαπανηρή, δημιουργεί ισχυρή συγκόλληση και βελτιώνει την απόδοση διαβροχής. Παραμένει η πιο ώριμη και ευρέως διαδεδομένη λύση επιμετάλλωσης για ερμητικές συσκευασίες ρελέ.

Ενεργή μεταλλική συγκόλληση

Η ενεργή συγκόλληση μετάλλων χρησιμοποιείται ευρέως για σφράγιση κεραμικών μετάλλων. Σε σύγκριση με την τεχνολογία Mo-Mn, αναπτύχθηκε περίπου 10 χρόνια αργότερα. Ολόκληρος ο σύνδεσμος κεραμικού-μετάλλου μπορεί να ολοκληρωθεί μέσα σε έναν κύκλο θέρμανσης. Το κράμα μπραζέ περιέχει ενεργά στοιχεία όπως Ti, Zr, Hf και Ta. Αυτά τα ενεργά στοιχεία αντιδρούν με κεραμικά αλουμίνας και σχηματίζουν μεταλλικά στρώματα αντίδρασης στη διεπιφάνεια. Αυτή η διαδικασία είναι απλούστερη και οικονομικά αποδοτική για μαζική παραγωγή. Ο περιορισμός του έγκειται στην περιορισμένη επιλογή υλικού χαλκού, καθιστώντας το πιο κατάλληλο για μεγάλα εξαρτήματα ή παρτίδες χαμηλού όγκου αντί για συνεχή παραγωγή υψηλής ταχύτητας.

Χαλκός Άμεσης Συγκόλλησης (DBC)

Το DBC δεσμεύει φύλλο χαλκού απευθείας σε κεραμικά υποστρώματα, κυρίως Al2O3 και AlN. Αναπτύχθηκε παράλληλα με τη συσκευασία τσιπ COB, η DBC εισάγει οξυγόνο μεταξύ χαλκού και κεραμικού. Στους 1065~1083 βαθμούς, ένα ευτηκτικό υγρό Cu-O σχηματίζεται και αντιδρά με το κεραμικό και το φύλλο χαλκού, δημιουργώντας φάσεις CuAlO2 ή Cu(AlO2)2 για να επιτευχθεί στερεή σύνδεση.

Μαγνητόνιο Sputtering

Η εκτόξευση μαγνητρονίων είναι μια τεχνική φυσικής εναπόθεσης ατμών που εναποθέτει μεταλλικές μεμβράνες πολλαπλών στρωμάτων σε κεραμικά υποστρώματα. Παρέχει ισχυρή πρόσφυση, χαμηλή μόλυνση και ελεγχόμενη δομή κόκκων για λεπτές μεταλλικές επικαλύψεις υψηλής ποιότητας. Η επιμεταλλωμένη μεμβράνη που προκύπτει είναι εξαιρετικά λεπτή και διατηρεί σφιχτή ανοχή διαστάσεων. Ωστόσο, δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε θερμοευαίσθητα κεραμικά όπως πιεζοηλεκτρικά κεραμικά ή μονοκρυσταλλικά υλικά.

1. Σύνθεση επιμετάλλωσης. Ο σχεδιασμός της σύνθεσης θέτει τα θεμέλια για τα κατάλληλα στρώματα επιμετάλλωσης.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 μοίρες), υψηλή θερμοκρασία (1450 ~ 1600 μοίρες), μεσαία θερμοκρασία (1300 ~ 1450 μοίρες) και χαμηλή θερμοκρασία (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Μικροδομή του στρώματος επιμετάλλωσης. Η μικροδομή της επιμετάλλωσης καθορίζει την τελική απόδοση σφράγισης. Μια υψηλής ποιότητας επιμεταλλωμένη επίστρωση είναι πυκνή με ισχυρή πρόσφυση. Μια διαφανής δομή με στρώματα χωρίς συνεχείς εύθραυστες διαμεταλλικές ενώσεις μειώνει τη διάδοση των ρωγμών και τον κίνδυνο διείσδυσης χαλκού.

Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν περιλαμβάνουν το μέγεθος και τη διαβάθμιση των σωματιδίων της σκόνης. Η λεπτή σκόνη τείνει να συσσωματώνει και να καταστρέφει την ομοιομορφία της επίστρωσης. Η υπερβολικά χονδροειδής σκόνη αυξάνει τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης και υποβαθμίζει την ποιότητα. Η τεχνική επίστρωσης και το πάχος της επίστρωσης ασκούν επίσης σημαντική επίδραση στα αποτελέσματα της επιμετάλλωσης.

Η μεταλλοποιημένη κεραμική ρελέ αλουμίνας εξαρτάται από την τεχνολογία ώριμης επιμετάλλωσης και συγκόλλησης κεραμικών για την επίτευξη αξιόπιστης ερμητικής συσκευασίας. Η αντιστοίχιση τάσεων υλικού, η σύνθεση επιμετάλλωσης και οι παράμετροι πυροσυσσωμάτωσης είναι οι βασικές μεταβλητές που καθορίζουν τη μόνωση, τον ρυθμό διαρροής ηλίου και τη διάρκεια ζωής για ρελέ DC υψηλής τάσης. Καθώς οι αγορές αποθήκευσης ενέργειας και ηλεκτρικών οχημάτων επεκτείνονται, η ακριβής τεχνολογία σφράγισης από κεραμικό σε μέταλλο συνεχίζει να εξελίσσεται για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις υψηλότερης τάσης, σμίκρυνσης και μεγάλης διάρκειας ζωής για εξαρτήματα ρελέ ισχύος.

Επικοινωνήστε τώρα με την ομάδα μηχανικών μας για επικύρωση πρωτοτύπων και μαζική προσφοράΚεραμικό περίβλημα επιμεταλλωμένο συγκολλημένο ηλεκτρονόμο DC, που υποστηρίζεται από τις εσωτερικές μας γραμμές παραγωγής κεραμικής επιμετάλλωσης και ερμητικής συγκόλλησης.