Спосіб металізації кераміки

 

Винахід відноситься до галузі промислового виробництва різних напівпровідникових елементів та декоративних виробів.

Пропонований спосіб металізації кераміки може успішно використовуватися в лабораторній практиці при проведенні різних досліджень, а також у сфері промислового виробництва декоративної кераміки.

Відомі різні способи металізації кераміки шляхом підготовки керамічної підкладки методом гарячого пресування з подальшим нанесенням на її поверхню металевого покриття з використанням різних паст та ливарних форм (А.с. СРСР №564293, М. кл. С04В 41/88, 1971; Патент США №4.631.099, кл. В32В 31/24, опубл. 1986; Патент РФ №2010784, М. кл. С04В 41/88, 1994).

Дані методи надзвичайно складні, і при найменшому порушенні режимів термічної обробки в мідному покритті утворюються усадочні раковини, збільшують тепловий опір мідно-керамічного елемента.

Найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється об'єкту є спосіб металізації кераміки, що включає формування керамічної підкладки з верхнім шаром, що включає частинки металу і близько 50% за обсягом керамічних частинок з того ж матеріалу, що і підкладка, нанесення шару металличесе спікання з подальшим охолодженням, при цьому товщина армованого шару кераміки становить 15-20 мкм (Патент US №3241995, опубл. 22.03.1966 р. - прототип).

Спосіб не дозволяє в достатній мірі підвищити адгезію металевого шару до кераміці, так як площа контакту металевого шару з частинками металу в попередньому шарі мінімальна. Це обумовлено тим, що частинки металу в попередньому шарі після спікання виявляються практично повністю затопленими в керамічному матеріалі, а поверхня виступаючої частини з даного шару незначна.

Технічним результатом від використання заявленого способу є підвищення адгезії металевого шару до кераміці, тобто забезпечення міцного зчеплення між цими шарами.

Технічний результат досягається тим, що у відомому способі металізації кераміки, що включає формування керамічної підкладки з верхнім шаром, що складається з частинок металу і близько 50% керамічних частинок з того ж матеріалу, що і підкладка, нанесення поверх цього шару металевого покриття та спікання з подальшим охолодженням, керамічну підкладку з зазначеним верхнім шаром формують гарячим пресуванням, для виготовлення верхнього шару використовують високодисперсний металевий порошо�ложки, включає частинки металу, знімають переважно третину шару методом шліфування.

Технічний результат досягається також і тим, що товщина шару металу, що включає частинки металу, становить переважно 50 мкм.

Включення високодисперсного металевого порошку з розмірами частинок порядку 1-50 мкм у верхній шар керамічної підкладки різко підвищує силу зчеплення шару металу з керамічною поверхнею. Воно також підвищує міцність верхнього шару керамічної підкладки і виключає появу раковин у металевому покритті, а також розривів прикордонного адгезійного шару, зумовлених відмінністю температурних коефіцієнтів розширення металу і кераміки. Дані межі обмежень за розміром частинок і товщини армованого шару (1-50 мкм) визначені дослідним шляхом стосовно до таких металів, як мідь, хром, нікель і алюміній. При виробництві декоративної кераміки товщина шару і розміри частинок можуть бути 20-50 мкм, а при виробництві напівпровідникових елементів - від 1 до 30 мкм.

На Фіг.1-3 схематично представлений фрагмент керамічної підкладки в розрізі на різних стадіях обробки. Позицією 1 позначена підкладка, позицією 2 - частинки металу, введені�ожку 1.

Приклад виконання способу.

При металізації кераміки керамічну порошкову субстанцію завантажували в графітову прес-форму, а потім на поверхню цього шару наносили шар тієї ж порошкової субстанції товщиною порядку 50 мкм, що містить частинки металу, в даному випадку міді, розмірами 0-50 мкм, які становили 50% за обсягом керамічних частинок з того ж матеріалу, що і підкладка. Потім здійснювали процес спікання отриманої субстанції методом гарячого пресування на гідравлічному пресі ПСУ-125 з індукційним нагріванням з наступного режиму:

Тиск, кг/см2120-200
Температура, До1520
Витримка, хв20-40

Сформований таким чином матеріал охолоджували до температури близько 25÷30°С у тій же графітової прес-формі. В результаті була отримана підкладка, з верхнім шаром 2, що містить частинки металу, товщиною 50 мкм (фіг.1). В даному шарі частинки металевого порошку виявляються розміщеними врівень з керамічною поверхнею підкладки так, як покзатопленними в керамічному шарі. Тому площа контакту частинок з вкриваємої шаром металу виявляється незначною. Для підвищення площі контакту методом шліфування з поверхні підкладки, що містить металеві домішки, знімали шар, що відповідає приблизно третині розміру зерен металевого порошку (фіг.2). При такій обробці частинки металевого порошку майже на дві третини за розміром виявляються включеними безпосередньо в структуру керамічної підкладки і міцно утримуються в ньому цієї ж структурою. Після процесу шліфування на утворену поверхню керамічної підкладки наносили покриття з міді. Даний процес здійснювали методом вакуумного напилення з використанням установки УВН-2М-2 з наступним фотонним відпалом і охолодженням в середовищі інертного газу. Напилення міді здійснювали при тиску 10-4Па. При цьому товщину шару міді на поверхні керамічного елемента контролювали за опору супутника.

Фотонний відпал забезпечував плавлення як зовнішнього шару металу на поверхні підкладки, так і плавлення частинок металу, що знаходяться у вигляді включень в поверхневому шарі підкладки. При цьому було отримано монолітний шар металу на поверхні кераміки (фіг.3), ко�лла у верхньому шарі покриття керамічний елемент охолоджували в газовому середовищі без доступу кисню до температури близько 25÷30°С. Для цього в розглянутому випадку використовували аргон, який напускали у вакуумну камеру з виробом при режимах, що забезпечують зміну тиску в ньому до атмосферного протягом 15 хвилин. Як показує досвід, цього проміжку часу виявляється достатнім для охолодження металізованої кераміки до рівня температури близько 25÷30°С.

Попередні лабораторні дослідження показали, що при використанні запропонованого способу міцність зчеплення металу з поверхнею металу підвищується в середньому на 35-40% в порівнянні з відомим способом-прототипом.

Таким чином, пропонований спосіб дозволяє суттєво підвищити міцність зчеплення шару металу з керамічною поверхнею. Він одночасно підвищує міцність верхнього шару керамічної підкладки і виключає, таким чином, поява раковин у металевому покритті. При цьому суттєво спрощується технологія виробництва металізованої кераміки.

Пропонований спосіб металізації кераміки може успішно використовуватися в лабораторній практиці при проведенні різних досліджень, а також у сфері промислового виробництва різних декоративних виробів і напівпровідникових елементів.

2. Спосіб металізації кераміки по п.1, що відрізняється тим, що товщина шару металу, що включає частинки металу, становить переважно 50 мкм.



 

Схожі патенти:

Спосіб оптикоабразивной обробки керамік

Винахід відноситься до технології механічної обробки важкооброблюваних непровідних матеріалів, наприклад таких, як конструкційна кераміка, і може знайти застосування в розмірній високоточної обробки кераміки в машинобудуванні та електроніці

Спосіб травлення кераміки на основі нітриду кремнію

Винахід відноситься до металізації на основі нітриду кремнію методом хімічного відновлення і може бути використано в радіоелектронній промисловості для паяння металізованих діелектриків твердими і м'якими припоями, для отримання мікросхем, для виготовлення елементів газорозрядних пристроїв

Спосіб виготовлення керамічних виробів складного профілю

Винахід відноситься до області обробки виробів з керамічних матеріалів з використанням технологічних покриттів і електрофізичних методів і може бути використане в приладобудуванні, при виготовленні деталей типу опор аеродинамічних підшипників

Керамічні деталі з покриттям та спосіб їх виготовлення

Винахід відноситься до керамічних деталей з покриттям, призначеним для використання при роботі з зануренням або частковим зануренням у розплавлену скломасу при виробництві скляних виробів та способу виготовлення таких деталей
Винахід відноситься до галузі виробництва різних напівпровідникових елементів і призначене для отримання кераміки з металізованою поверхнею
Up!