陶瓷材料还有这些加工工艺

金属材料具有良好的塑性、延展性、导电性和导热性，而陶瓷材料具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度和高绝缘性，它们各有广泛的应用范围。陶瓷金属化由美国化学家Charles W. Wood和Albert D. Wilson在20世纪初发明，将两种材料结合起来，以实现互补的性能。他们于1903年开始研究将金属涂层应用于陶瓷表面的方法，并于1905年获得了该技术的专利。该技术随后被广泛用于工业生产，以制造具有金属外观和性能的陶瓷产品，例如耐热陶瓷和电子设备。

陶瓷金属化是指将一层薄薄的金属膜牢固地粘附在陶瓷表面，以实现陶瓷与金属之间的焊接。陶瓷金属化工艺多种多样，包括钼锰法、镀金法、镀铜法、镀锡法、镀镍法、LAP法（激光辅助电镀）。常见的金属化陶瓷包括氧化铍陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷和氮化硅陶瓷。 由于不同陶瓷材料的表面结构不同，不同的金属化工艺适用于不同的陶瓷材料的金属化。

1.二氧化铍陶瓷

BeO陶瓷最常用的金属化方法是钼锰法。该方法涉及用纯金属粉末（Mo，Mn）和金属氧化物的糊状混合物涂覆陶瓷表面，然后在炉中高温加热以形成金属层。在Mo粉末中添加10%至25%Mn是为了改善金属涂层与陶瓷之间的结合。

2.Al2O3陶瓷

Al2O3陶瓷的主要金属化方法是直接键合铜法（DBC），它允许铜箔和Al2O3陶瓷之间直接连接，而无需额外的材料。该过程包括用经过处理的铜箔覆盖Al2O3陶瓷的表面，引入具有一定氧含量的惰性气体，然后加热。在此过程中，铜表面被氧化，当温度达到共晶液相范围时，Al2O3陶瓷和铜产生共晶液相，使两种材料都润湿并完成初始连接。在冷却过程中，共晶液相析出存在于界面处的Cue和Cu2O，以实现紧密连接。

3.AlN陶瓷

目前，用于AlN陶瓷的主要方法是DBC和活性金属钎焊（AMB）。

AlN陶瓷的直接镀铜方法与Al2O3陶瓷相似，但存在一些差异。这是因为AlN是一种非氧化物陶瓷，共晶液相在其表面上扩散不良，无法直接粘合。因此，需要在1200°C左右进行预氧化，氧化后会在AlN陶瓷表面产生约1-2 μm的氧化层。然后将预氧化的AlN陶瓷和铜在共晶液相存在的温度范围内连接，以完成AlN涂层铜板的制备。

另一种常用的方法是磁力轴承，它将AlN陶瓷和铜箔与活性金属钎焊填充材料连接起来，其中Ag-Cu-Ti系统是最常用的。钎焊填料中的Ti是活性金属，约占质量比例的1-5%，而Cu约占28%，Ag约占67-71%。通过活性金属钎焊连接AlN陶瓷和铜箔的问题是，成型结构中会留下大量的内应力，这可能导致实际应用中的可靠性问题。因此，在钎焊填料材料组合物的设计过程中，除了Ag、Cu和Ti金属颗粒外，还需要添加一些可以减少热失配的填料。目前，常用的填料主要有SiC、Mo、TiN、Si3N4和Al2O3。

4.Si3N4 陶瓷

Si3N4陶瓷通常使用活性金属钎焊（AMB）连接到铜。Si3N4陶瓷表面金属化不能使用直接镀铜的原因是Si3N4陶瓷表面不能直接产生氧化层。与AlN类似，Si3N4也是一种氮化物，可以与一些活性金属（Ti，Cr，V）发生化学反应，在界面层中生成连续的氮化物，从而实现Si3N4陶瓷与金属钎焊材料的连接。最常用的金属钎焊材料是Ag-Cu-Ti体系，但这些钎焊材料的液相线在1200K以下，其抗氧化性较差。钎焊后的使用温度不应高于755 K。

审核编辑 黄宇