Processos de Metalização para Diferentes Materiais Cerâmicos
Os materiais metálicos têm boa plasticidade, ductilidade, condutividade e condutividade térmica, enquantomateriais cerâmicostêm resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, alta dureza e alto isolamento, e cada um deles tem sua própria ampla gama de aplicações. A metalização cerâmica, inventada pelos químicos americanos Charles W. Wood e Albert D. Wilson no início do século 20, combina os dois materiais para obter desempenhos complementares. Eles começaram a pesquisar métodos para aplicar revestimentos metálicos em superfícies cerâmicas em 1903 e obtiveram a patente da tecnologia em 1905. Essa tecnologia foi posteriormente amplamente utilizada na produção industrial para fabricar produtos cerâmicos com aparência e propriedades metálicas, como cerâmicas resistentes ao calor e eletrônicos dispositivos.
A metalização da cerâmica refere-se à adesão firme de uma fina camada de filme de metal à superfície da cerâmica para obter a soldagem entre a cerâmica e o metal. Existem vários processos de metalização de cerâmica, incluindo método de molibdênio-manganês, método de revestimento de ouro, método de revestimento de cobre, método de revestimento de estanho, método de revestimento de níquel e método LAP (revestimento assistido por laser). As cerâmicas metalizadas comuns incluem cerâmicas de óxido de berílio,cerâmica de alumina,cerâmica de nitreto de alumínio, ecerâmica de nitreto de silício.Uma vez que a estrutura da superfície de diferentes materiais cerâmicos é diferente, diferentes processos de metalização são adequados para metalizar diferentes materiais cerâmicos.
1.BeO Ceramic
O método de metalização mais comumente usado para cerâmica BeO é o método molibdênio-manganês. Este método envolve o revestimento de uma superfície de cerâmica com uma mistura pastosa de pós de metal puro (Mo, Mn) e um óxido de metal, aquecendo-a em alta temperatura em um forno para formar uma camada de metal. A adição de 10% a 25% de Mn ao pó de Mo é para melhorar a ligação entre o revestimento metálico e a cerâmica.
O principal método de metalização para a cerâmica Al2O3 é aMétodo de Cobre Ligado Direto (DBC), que permite a conexão direta entre folha de cobre e cerâmica Al2O3 sem a necessidade de materiais adicionais. O processo envolve cobrir a superfície da cerâmica Al2O3 com folha de cobre tratada, introduzir um gás inerte com um certo teor de oxigênio e aquecê-lo. Durante esse processo, a superfície do cobre é oxidada, e quando a temperatura atinge a faixa da fase líquida eutética, a cerâmica Al2O3 e o cobre produzem uma fase líquida eutética que molha os dois materiais e completa a ligação inicial. Durante o resfriamento, a fase líquida eutética precipita Cu e Cu2O, que existem na interface para obter uma conexão firme.
Atualmente, os principais métodos utilizados para cerâmicas AlN são DBC e Active Metal Brazing (AMB).
O método de cobreamento direto para cerâmica AlN é semelhante ao da cerâmica Al2O3, mas com algumas diferenças. Isso ocorre porque o AlN é uma cerâmica não óxido e a fase líquida eutética se espalha mal em sua superfície, impossibilitando a ligação direta. Portanto, ele precisa ser pré-oxidado em torno de 1200℃, e uma camada de óxido de cerca de 1-2mm será gerado na superfície da cerâmica AlN após a oxidação. A cerâmica AlN pré-oxidada e o cobre são então conectados na faixa de temperatura onde existe a fase líquida eutética para completar a preparação da placa de cobre revestida com AlN.
Outro método comumente usado é o AMB, que conecta a cerâmica AlN e a folha de cobre com materiais de enchimento de brasagem de metal ativo, sendo o sistema Ag-Cu-Ti o mais comumente usado. Ti no material de adição de brasagem é um metal ativo, respondendo por cerca de 1-5% da proporção em massa, enquanto Cu responde por cerca de 28% e Ag responde por cerca de 67-71%. O problema de conectar a cerâmica AlN e a folha de cobre por meio da brasagem de metal ativo é que muito estresse interno é deixado na estrutura formada, o que pode levar a problemas de confiabilidade em aplicações práticas. Portanto, no processo de design da composição do material de adição de brasagem, além das partículas metálicas de Ag, Cu e Ti, algumas cargas que podem reduzir a incompatibilidade térmica precisam ser adicionadas. Atualmente, as cargas comumente usadas incluem principalmente SiC, Mo, TiN, Si3N4 e Al2O3.
Cerâmicas Si3N4 são geralmente conectadas ao cobre usando Brasagem de Metal Ativo (AMB). A razão pela qual o revestimento direto de cobre não pode ser usado para a metalização da superfície deCerâmica Si3N4é que uma camada de óxido não pode ser gerada diretamente na superfície da cerâmica Si3N4. Semelhante ao AlN, o Si3N4 também é um nitreto, que pode reagir quimicamente com alguns metais ativos (Ti, Cr, V) para gerar nitretos contínuos na camada de interface, realizando assim a conexão entre a cerâmica Si3N4 e os materiais de brasagem metálica. O material de brasagem de metal mais comumente usado é o sistema Ag-Cu-Ti, mas a linha de fase líquida desses materiais de brasagem está abaixo de 1200 K e sua resistência à oxidação é baixa. A temperatura de uso após a brasagem não deve ser superior a 755 K.
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