中低溫金屬化配方的研制及應用
討論了在不使用二氧化錳及不熔煉玻璃相的前提下,確定以鉬為主體,錳-鋁-硅為三元玻璃相,添加一定添加劑改變性態(tài)的方式,研制了1380～1420℃的金屬化配方,并成功應用于生產(chǎn)。降低了生產(chǎn)成本,在技術(shù)上增強了金屬化膏劑工藝的穩(wěn)定性及可控制性,質(zhì)量上可提高產(chǎn)品的一致性。
陶瓷金屬化管殼主要用于陶瓷真空開關(guān)管產(chǎn)品,起絕緣和真空密封的作用。在世界范圍內(nèi),真空開關(guān)具有獨特優(yōu)點,廣泛應用于煤炭、鐵路、石油、冶金、化工、輸變電等行業(yè)中,也是國民經(jīng)濟發(fā)展中重
要的不可缺少的應用領域�；谀壳拔覈娏Πl(fā)展的需要,電子陶瓷金屬化產(chǎn)品特別是95-Al2O3陶瓷產(chǎn)品在近年來有了大量的發(fā)展。目前隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展,特別是中高壓設備的普及,用于生產(chǎn)真空滅弧室的三大部件之一的陶瓷管殼目前在國內(nèi)出現(xiàn)大量的需求,國內(nèi)仍在進口大量的金屬化陶瓷管殼。本研究通過大量的工廠實地試驗,對95-Al2O3電子陶瓷金屬化配方的設計思路及結(jié)果進行論述,供大家參考。
就目前來說,所使用的金屬化配方有以下幾個特點:傳統(tǒng)配方成分比較復雜;中低溫金屬化配方的個別原材料(如二氧化錳) 成本極高;金屬化配方中硅酸錳的制備需要使用專用設備及器具,如:高頻感應加熱爐,高純度石墨坩堝等,并且制備工藝非常復雜,過程難以用工藝量化從而做到有效的控制。因此,金屬化配方的上述弱點,一直是制約金屬化產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的一個關(guān)鍵因素。
在陶瓷金屬化過程中經(jīng)常遇到如下問題:金屬化強度偏低,抗拉強度低,表面鎳層起泡等問題,此不斷研究提高金屬化工藝水平,對于提高產(chǎn)品質(zhì)量,促進真空電子器件的發(fā)展至關(guān)重要。從降低成本,增強技術(shù)的可控性以及質(zhì)量的穩(wěn)定性方面,應從以下幾個方面進行考慮。
1、配方的確定
目前所普遍采用的是Mo-Mn法為基礎的金屬化配方,其工藝流程如圖1所示。
圖1 工藝流程圖
Mo粉是金屬化層的主體,在金屬化的過程中,Mo本身只有一定程度的燒結(jié),在Mo粉中摻入適量的玻璃物質(zhì),會提高Mo的燒結(jié)密度,當玻璃質(zhì)過多或成分不當時,Mo的燒結(jié)密度反而下降。另外,Mo粉的粗細,也是一個關(guān)鍵,根據(jù)燒結(jié)理論,當表面能提高,晶體缺陷加大會使其活性增加,從而降低燒結(jié)溫度,并且可以提高封接強度。實際工藝中的Mo粉不可能是單一粒度,當Mo粉過細,也會給涂膏和封接強度帶來影響。
金屬化涂層的厚度應該適當,金屬化時玻璃相填充燒結(jié)Mo層的孔隙,若涂層太薄,金屬化溫度又高,則玻璃相就有可能到涂層表面,影響電鍍Ni ,產(chǎn)生鎳層起泡、強度降低等現(xiàn)象;若涂層太厚,而Mo層燒結(jié)不好,玻璃相未能填滿Mo層孔隙,則容易造成漏氣,使封接強度下降。一般認為,金屬化與陶瓷的過渡區(qū)域是Mn與玻璃相的作用區(qū)域。當Mn的量提高,Mn離子與玻璃相作用并滲入到瓷中,當金屬化層過厚,過渡區(qū)達到飽和狀態(tài),反而會帶來不利影響。足夠厚的過渡區(qū)是金屬化層與瓷牢固粘結(jié)的重要條件,因此涂層應有適當?shù)暮穸取?/p>
另外,需要考慮的是玻璃相,金屬化層中的玻璃態(tài)物質(zhì),可能來自陶瓷,也可能來自金屬化配方本身的玻璃熔體。玻璃相的粘度對封接有較大的影響,當粘度過高,需要提高金屬化溫度或延長保溫時間,此時可以通過添加一定的活化劑來增加玻璃相的數(shù)量,同時可以降低玻璃相的粘度。在金屬化層中,Mo不是分散獨立的金屬粉,玻璃相濕潤整個Mo燒結(jié)體,可以說,玻璃相、Mo 和Al2O3三者的膨脹系數(shù)彼此接近,將有利于封接強度的提高。在實際生產(chǎn)中,金屬化過程中玻璃相的成分一直是處于不平衡的狀態(tài),在升溫時玻璃相會隨時溶入其它氧化物,而在降溫時又隨時有不同的晶相析出。玻璃相在Mo上的潤濕情況的變化要考慮Mo在露點提高時Mo被氧化以及隨之發(fā)生的與玻璃相的作用。在對玻璃相含量相對較少的95 瓷進行金屬化時,多半是在普通的Mo-Mn配方中添加一定的組分,使其在金屬化條件下變成玻璃熔體,此熔體既要與95瓷很好的作用,又要對Mo層有很好的潤濕�；罨瘎┏霈F(xiàn)熔體的溫度是選擇配方的主要參考因素之一,可以借助于相圖來調(diào)整活化劑的熔點,以期達到所需要的溫度。
從以上幾個方面考慮,結(jié)合實際生產(chǎn),本次探在不使用二氧化錳及不熔煉玻璃相的前提下,以鉬為主體,錳-鋁-硅為三元玻璃相,添加一定添加劑改變性態(tài)的方式,確定高溫配方組成。配方的確定主要從以下幾個方面入手:
