Technológia pokovovania keramiky: princípy, procesy a priemyselné aplikácie Alumina Ceramic Shell

V modernom presnom strojárstve a-výkonnej elektronike sa keramika často kategorizuje ako anorganické ne-kovové materiály, ktoré sa od kovov výrazne líšia svojimi fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Vzhľadom na odlišné výhody každého z nich však inžinierska komunita naliehavo potrebuje technológiu, ktorá dokáže dokonale spojiť izolačnú a -odolnosť keramiky voči vysokým teplotám s elektrickou vodivosťou a zvariteľnosťou kovov. Táto potreba vyvolala technológiu pokovovania keramiky, ktorá úspešne rieši problém spoľahlivého spojenia dvoch rozdielnych materiálov z hľadiska elektriny, tepelných a mechanických vlastností vytvorením robustnej kovovej vrstvy na keramickom povrchu. Pri výrobe vysoko spoľahlivého Alumina Ceramic Shell sa táto technológia stala kľúčovým mostom pre dosiahnutie komplexných funkcií.

Mechanizmus keramickej metalizácie je mimoriadne zložitý, zahŕňa viaceré chemické a fyzikálne reakcie, plastický tok materiálov a preskupovanie častíc. Počas spekania oxidy a nekovové oxidy v metalizovanej vrstve podliehajú rôznym chemickým reakciám a difúznym migráciám. Keď teplota stúpa, tieto látky reagujú za vzniku medziproduktov, ktoré potom po dosiahnutí bežnej teploty topenia tvoria kvapalnú fázu. V tomto bode sa kvapalná sklenená fáza stáva viskóznou a podlieha plastickému toku, čo vedie k preskupeniu častíc pod kapilárnym pôsobením. Atómy alebo molekuly poháňané povrchovou energiou difundujú a migrujú, podporujú rast zŕn, postupné zmenšovanie a odstraňovanie pórov, v konečnom dôsledku dosahujúce zhutnenie metalizovanej vrstvy. Tento presný proces je základným základom pre výrobu-kvalitných metalizovaných 95 % hliníkových keramických dielov.

Na dosiahnutie vysoko{0}}kvalitného metalizačného spojenia je potrebné dodržiavať prísny a presný postup procesu. Prvým krokom je predúprava substrátu, zvyčajne s použitím diamantovej leštiacej pasty na vyleštenie beztlakovej spekanej keramiky do optickej hladkosti, čím sa zabezpečí drsnosť povrchu menšia alebo rovná 1,6 mikrometra. Substrát sa potom ponorí do acetónu a alkoholu na 20 minút ultrazvukového čistenia pri izbovej teplote, aby sa dôkladne odstránili povrchové nečistoty. Tento krok je rozhodujúci pre zabezpečenie adhézie povrchovej metalizovanej vrstvy v následných hliníkových keramických Al2O3 častiach s metalizáciou; aj malá kontaminácia môže viesť k zlyhaniu lepenia.

Druhým krokom je príprava metalizačnej pasty. Technici musia presne navážiť suroviny podľa špecifického metalizačného vzorca a po guľovom frézovaní po určitú dobu pripraviť metalizačnú pastu so špecifickou viskozitou. Tretím krokom je poťahovanie a sušenie pomocou technológie sieťotlače na rovnomerné nanesenie pasty na keramický substrát. Hrúbka pasty musí byť prísne kontrolovaná; príliš tenké a spájka ľahko zatečie do metalizovanej vrstvy, príliš hrubé a bude sa brániť migrácii komponentov. Substrát je po glejení potrebné vysušiť v sušiarni, čo je kritický krok pri príprave vysoko{4}}výkonných reléových keramických častí a iných presných komponentov.

Štvrtým krokom je tepelné spracovanie, pri ktorom sa vysušený substrát umiestni do redukčnej atmosféry na vysokoteplotné spekanie, čím sa na keramickom povrchu vytvorí hustá metalizovaná vrstva. Po tejto sérii prísnych procesov získava povrch keramického substrátu schopnosť spájkovania alebo zvárania na kovy. Výsledný metalizovaný keramický izolátor z oxidu hlinitého si nielen zachováva vynikajúce elektrické izolačné vlastnosti keramického telesa, ale dosahuje aj dobrú vodivosť a tesniace vlastnosti kovového povrchu, čo mu umožňuje splniť prísne požiadavky extrémnych pracovných prostredí.

S rýchlym rozvojom strategických odvetví, ako je nová energetika, 5G komunikácie a letectvo, dopyt na trhu po metalizovanej keramike s vysokou-spoľahlivosťou neustále rastie. Či už sa používa v pokovovaných zváraných keramických krytoch pre vysokonapäťové jednosmerné relé alebo ako kľúčové izolačné komponenty vo výkonových moduloch, technológia pokovovania keramiky zohráva nenahraditeľnú úlohu. Najmä pri výrobe jednosmerných reléových prvkov táto technológia zaisťuje dlhodobú-stabilnú prevádzku komponentov pod vysokým-napätím a vysokou-teplotou, čo výrazne dokazuje hlbokú integráciu materiálovej vedy a procesného inžinierstva.