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金屬陶瓷的其他封接方法

  20世紀(jì)60年代以來,國外已開始將氣體放電、電子柬、加壓擴(kuò)散等技術(shù)應(yīng)用到金屬.陶瓷封接工藝中,產(chǎn)生了一些新的工藝方法。如蒸發(fā)金屬化、濺射金屬化、離子涂覆、電子束焊、擴(kuò)散焊等。這些方法擴(kuò)大了選用材料的范圍,同時(shí)提高了封接件的氣密性和機(jī)械強(qiáng)度,并能適應(yīng)多方面的需要(例如宇航、原子能等技術(shù)對(duì)金屬一陶瓷封接工藝的要求)
  
  ①蒸發(fā)金屬化。蒸發(fā)金屬化是利用真空鍍膜機(jī)在陶瓷件上蒸鍍金屬膜,從而實(shí)現(xiàn)金屬化的一種方法。所鍍金屬膜的厚度是在蒸鍍陶瓷件時(shí)利用“樣板電阻”來控制的。“樣板電阻”是一個(gè)長20mm、寬10mm、厚2mm的玻璃片,玻璃片的兩端蒸鍍上長5mm的銀層,在銀層面上包以鋁箔,用導(dǎo)線引至鍍膜機(jī)外,再用歐姆表測(cè)量在玻璃片上蒸鍍金屬層的電阻值,則可換算出鍍層厚度。例如蒸鍍鈦時(shí),鈦層電阻值被控制在500C7,~20Q范圍內(nèi),而鉬的電阻值則被控制在30fl—lOfl范圍內(nèi)。在蒸鍍瓷件時(shí),先將經(jīng)研磨清洗好的95%A1203瓷件包上鋁箔,只露出需要金屬化的部位,放人鍍膜機(jī)真空室內(nèi),當(dāng)真空度達(dá)到4×10-3Pa咐,將瓷件預(yù)熱至300℃—400℃,保溫10min,先開始蒸鈦,再蒸鉬形成金屬膜,然后在鈦、鉬金屬層上電鍍一層厚度為2tjm的鎳,z*后在真空爐中用厚度為0.Smm無氧銅片與瓷件進(jìn)行封接(采用AgCu28焊料)。這種封接件具有良好的氣密性。蒸發(fā)金屬化工藝還可用于95%氧化鋁瓷與無氧銅、可伐件的平封、夾封與套封。蒸發(fā)金屬化的優(yōu)點(diǎn)是金屬化溫度低(300℃—400℃),陶瓷沒有變形、破裂的危險(xiǎn)。能適應(yīng)于各種不同的介質(zhì),如能對(duì)99%A1203瓷、99% Be0瓷、石英等介質(zhì)進(jìn)行金屬化,并獲得良好的氣密性。這種封接法較鉬錳法、活性法有更高的封接強(qiáng)度。缺點(diǎn)是蒸鍍難熔金屬有困難。
  
  ②濺射金屬化。金屬化的步驟是,在真空容器中充以一定壓強(qiáng)的氬氣,在電極間加直流電壓,形成輝光放電,利用氣體放電的正離子轟擊靶面,使靶面材料濺射到陶瓷(或其它襯底材料)上形成金屬化膜,從而實(shí)現(xiàn)金屬化。圖15-17是三極濺射裝置的示意圖。
  
  文獻(xiàn)[316]對(duì)濺射金屬化的工藝過程作了詳細(xì)介紹。這種工藝的大致過程是先將系統(tǒng)抽到7×10-4Pa,關(guān)閉擴(kuò)散閥門,通入干燥純氬真空度為(1~3)×10-lPa,加熱鎢陰極,在100V的陽極電匿下,使陽極和陰極之間產(chǎn)生放電,待放電后陽極電壓自動(dòng)降至40V—50V時(shí),再控制陰極的發(fā)射電流,使陽極電流達(dá)到3.4A~4A。安裝在鐘罩外的線圈是用來產(chǎn)生5×10-3T的磁場(chǎng),使等離子體壓縮成直徑為8cm—10cm的圓柱,用來“擦洗”陶瓷表面。然后用1000V的電壓先對(duì)靶面濺射5min,以獲得“清潔”的陶瓷表面。再移開遮擋陶瓷的活動(dòng)擋板,使陶瓷沉積所濺射的金屬,直至達(dá)到所要求的金屬膜厚度。靶面的支撐桿可旋轉(zhuǎn),使陶瓷對(duì)準(zhǔn)不同的濺射金屬,依次沉積所需的金屬薄膜。沉積到瓷件上的第一層金屬化材料為鉬、鎢、鈦、鉭或鉻,第二層為銅、鎳、金或銀。在濺射過程中,陶瓷的溫度為150℃~200℃,故不存在炸裂和變形問題。陶瓷金屬化以后可在氫爐或真空爐中進(jìn)行封接。濺射金屬化工藝操作簡(jiǎn)便,可適用于任何種類的陶瓷,特別是氧化鈹陶瓷。這種封接方法能獲得氣密性良好的封接件。
  
  與蒸涂法相比,濺射法能在較低的溫度下沉積高熔點(diǎn)金屬膜,并且能在大面積上制作厚度均勻、與基底結(jié)合牢固的沉積膜。濺射法還具有能沉積合金及氧化物等薄膜的優(yōu)點(diǎn),除此之外還可以獲得“原子清潔”的金屬表面,對(duì)真空技術(shù)來說是一種非常有用的方法。
  
  ③離子涂覆。離子淙覆的設(shè)備與濺射裝置相似,但該設(shè)備的陰極為安放陶瓷的支架,陽極為蒸發(fā)源的熱絲,熱絲材料為待涂覆的金屬材料。當(dāng)陰、陽極之間加直流高壓(2kV—5kV)后,在電極間形成氬的等離子體。用氬的正離子轟擊工件表面凈化基底,然后加熱熱絲,使金屬蒸發(fā),在電場(chǎng)加速下金屬蒸氣的正離子轟擊工件表面形成牢固的涂覆層。圖15-18是離子涂覆裝置示意圖。
金屬陶瓷的其他封接方法
 
  文獻(xiàn)[317]介紹了一種離子涂覆裝置。離子涂覆的步驟為,先將系統(tǒng)抽至5×10-5Pa的真空度,充氬氣至壓力1Pa~SPa。當(dāng)陰、陽極間施加2kV~5kV電壓時(shí),放電的電流密度為0. 5rriA/crrr2。借助于離子轟擊來“清洗”陶瓷表面,轟擊時(shí)間由材料和表面性質(zhì)決定。串接在高壓回路中的電流表用來指示放電電流,當(dāng)電流下降至某個(gè)穩(wěn)定值后,則“清洗”完成。然后移開活動(dòng)擋板,使熱絲蒸發(fā)金屬,在電場(chǎng)的作用下金屬蒸氣被電離成正離子,在轟擊陶瓷的過程中形成牢固的金屬界面層。界面層形成以后可用離子涂覆(或真空蒸涂)使涂層達(dá)到所需厚度。z*后將離子涂覆的金屬化陶瓷件和金屬件進(jìn)行封接。
  
  該工藝的優(yōu)點(diǎn)是金屬化溫度低(工件溫升小于300℃),結(jié)合牢固,適用于不同的介質(zhì)材料,金屬化沉積速率高(與電鍍速率相近)。缺點(diǎn)是只適宜沉積較易蒸發(fā)的金屬材料,難熔金屬的沉積則較困難。
  
 
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