فناوری متالیزاسیون سرامیک: اصول، فرآیندها و کاربردهای صنعتی پوسته سرامیک آلومینا

در مهندسی دقیق مدرن و{0}}الکترونیک با کارایی بالا، سرامیک‌ها اغلب به عنوان مواد معدنی غیر فلزی طبقه‌بندی می‌شوند که از نظر خواص فیزیکوشیمیایی با فلزات تفاوت زیادی دارند. با این حال، با توجه به مزایای متمایز هر یک، جامعه مهندسی فوراً به فناوری نیاز دارد که بتواند عایق بودن و{3}}مقاومت در دمای بالا سرامیک ها را با هدایت الکتریکی و جوش پذیری فلزات به خوبی ترکیب کند. این نیاز باعث ایجاد فناوری متالیزاسیون سرامیکی شده است که با تشکیل یک لایه فلزی مقاوم بر روی سطح سرامیکی، چالش اتصال مطمئن دو ماده متفاوت از نظر الکتریسیته، حرارتی و خواص مکانیکی را با موفقیت حل می‌کند. در ساخت پوسته سرامیک آلومینا بسیار قابل اعتماد، این فناوری به پل مهمی برای دستیابی به عملکردهای پیچیده تبدیل شده است.

مکانیسم متالیزاسیون سرامیکی بسیار پیچیده است و شامل واکنش های شیمیایی و فیزیکی متعدد، جریان پلاستیک مواد و بازآرایی ذرات است. در طول پخت، اکسیدها و اکسیدهای غیرفلزی در لایه متالیز شده تحت واکنش‌های شیمیایی و مهاجرت‌های انتشار مختلفی قرار می‌گیرند. با افزایش دما، این مواد واکنش نشان می دهند و ترکیبات میانی را تشکیل می دهند که پس از رسیدن به نقطه ذوب مشترک، فاز مایع را تشکیل می دهند. در این مرحله، فاز شیشه‌ای مایع چسبناک می‌شود و تحت جریان پلاستیک قرار می‌گیرد و باعث بازآرایی ذرات تحت عمل مویرگی می‌شود. اتم‌ها یا مولکول‌ها که توسط انرژی سطحی هدایت می‌شوند، منتشر و مهاجرت می‌کنند، رشد دانه‌ها را تقویت می‌کنند، به تدریج کاهش می‌یابند و منافذ را از بین می‌برند و در نهایت به متراکم شدن لایه فلزی می‌رسند. این فرآیند دقیق، پایه اصلی تولید-قطعات سرامیکی آلومینیومی متالایز 95 درصد با کیفیت بالا است.

برای دستیابی به پیوند متالیزاسیون با کیفیت بالا، یک جریان فرآیند دقیق و دقیق باید دنبال شود. اولین مرحله، پیش تصفیه بستر است، معمولاً از خمیر پولیش الماس برای صیقل دادن سرامیک متخلخل بدون فشار تا صافی نوری استفاده می‌شود و زبری سطح کمتر یا مساوی 1.6 میکرومتر را تضمین می‌کند. سپس بستر به مدت 20 دقیقه در دمای اتاق در استون و الکل غوطه ور می شود تا ناخالصی های سطح را کاملاً از بین ببرد. این مرحله برای اطمینان از چسبندگی لایه متالیزاسیون سطحی در قطعات بعدی آلومینا سرامیک Al2O3 با متالیزاسیون بسیار مهم است. حتی آلودگی جزئی نیز می تواند منجر به شکست پیوند شود.

مرحله دوم تهیه خمیر متالیزاسیون است. تکنسین ها باید مواد اولیه را دقیقاً طبق فرمول متالیزاسیون مشخص وزن کرده و پس از آسیاب گلوله ای برای مدت معین، خمیر متالیزاسیون با ویسکوزیته مشخص تهیه کنند. مرحله سوم پوشش و خشک کردن است، با استفاده از فناوری چاپ صفحه برای پوشش یکنواخت خمیر بر روی بستر سرامیکی. ضخامت خمیر باید به شدت کنترل شود. بیش از حد نازک و لحیم به راحتی به لایه متالیزاسیون جریان می یابد، بسیار ضخیم و مهاجرت اجزاء مانع می شود. بستر پس از اندازه‌گیری باید در کوره خشک شود، که یک مرحله مهم در آماده‌سازی قطعات سرامیکی رله‌ای با کارایی بالا و سایر اجزای دقیق است.

مرحله چهارم عملیات حرارتی است، که در آن بستر خشک شده در یک اتمسفر کاهش‌دهنده برای پخت{0}در دمای بالا قرار می‌گیرد و در نتیجه یک لایه متالیزاسیون متراکم روی سطح سرامیکی تشکیل می‌شود. پس از این سری از فرآیندهای سخت، سطح زیرلایه سرامیکی توانایی لحیم کاری یا جوشکاری به فلزات را به دست می آورد. عایق آلومینا سرامیکی متالیزه حاصل نه تنها خواص عایق الکتریکی عالی بدنه سرامیکی را حفظ می کند، بلکه خاصیت رسانایی و آب بندی خوبی را برای سطح فلز به دست می آورد و آن را قادر می سازد نیازهای سختگیرانه محیط های کاری شدید را برآورده کند.

با توسعه سریع صنایع استراتژیک مانند انرژی های نو، ارتباطات 5G و هوافضا، تقاضای بازار برای سرامیک های متالایزه شده{1}}با قابلیت اطمینان بالا همچنان در حال رشد است. فناوری متالیزاسیون سرامیکی چه در محفظه‌های سرامیکی جوش داده شده متالایزه برای رله‌های{3} ولتاژ DC بالا و چه به‌عنوان اجزای عایق کلیدی در ماژول‌های قدرت استفاده شود. به خصوص در ساخت عناصر رله DC، این فناوری عملکرد پایدار درازمدت اجزا را تحت چرخه-ولتاژ بالا-درجه حرارت بالا تضمین می‌کند و عمیقاً یکپارچگی عمیق علم مواد و مهندسی فرآیند را نشان می‌دهد.