Спосіб металізації алундової кераміки

Спосіб металізації алундової кераміки, що включає попереднє від палення кераміки у відновлювальному середовищі, нанесення металізуючого шару пасти, впалення металізуючого шару в кераміку, який відрізняється тим, що перед нанесенням металізуючого шару пасти алундову кераміку попередньо термообробляють в дрібнодисперсному порошку оксиду кобальту (III) при температурі 1100-1130°С протягом 20-30 годин, після чого кераміку металізують стандартним способом Спосіб відноситься до технології виготовлення керамічних виробів з алундової кераміки і може бути використаний в електротехнічній, радіотехнічній, приладобудівній та в мікроелектронній промисловості Однією З ОСНОВНИХ технічних характеристик металізованих виробів з алундової кераміки є міцністна характеристика, тобто адгезія між керамікою і металопокриттям (електродами) При підведенні високої перемінної напруги до електродів керамічного виробу (наприклад конденсатора) виникають значні пружні коливальні навантаження, які можуть призвести до відшарування металічних електродів від кераміки Адгезія взаємозв'язана зі структурою і властивостями границі розподілу між керамікою і металопокриттям, тому зменшення адгезії при експлуатації може призвести до небажаного погіршення функціональних параметрів керамічних виробів щини Це відбувається за рахунок різниці коефіцієнтів ЛІНІЙНОГО теплового розширення (КЛТР) кераміки і металопокриття, що призводить до зниження величини адгезюнної МІЦНОСТІ МІЖ герамікою і металопокриттям Відомий спосіб металізації, включаючий втирання в поверхню кераміки сплаву алюмінію або силуміну в який додатково введено більше 30% германію з подальшим впалюванням суміші в розплавленому стані в кераміку при 450-500°С [3] Металізація в такий спосіб дозволяє підвищити адгезію між керамікою і металопокриттям до 50% Недоліком цього способу являється недостатня когезія металопокритгя, токсичність використовуваного сплаву, а також недостатня електропровідність металізуючого сплаву Крім того, цей сплав може розтріскуватись в процесі охолодження виробів після впалювання металопокриття, тому що в своєму складі сплав містить крихкі компоненти - германій та кремній Найбільш близьким до запропонованого способу за технічною суттю та результатами, що досягаються, є спосіб металізації керамічних матеріалів, включаючий попереднє віддалення корпусів конденсаторів при температурі 650-800°С у відновлювальному середовищі (азот, водень) і нанесення паладієвой пасти, замість срібної, на напіввідпалену кераміку(прототип), [4] Цей спосіб забезпечує високу адгезійну МІЦНІСТЬ, але не дозволяє одержати суцільність металевого покриття, що суттєвим чином знижує електродинамічні параметри керамічних виробів (конденсаторів) В основу запропонованого винаходу постав В сучасній промисловості для виготовлення керамічних виробів ( конденсаторів, радіотехнічних платівок, корпусів для мікросхем, тощо) переважно використовують алундову кераміку марки ВК-94-1 [1] Для металізації виробів із кераміки ВК 94-1 в промисловому виробництві в основному використовують срібно-паладієві пасти марок ППЗ і ПП4 [2] Ці пасти забезпечують достатню адгезію, високу електропровідність та суцільність покриття Але до недоліків можна віднести той фактор, що впалювання металічного покриття проводять при досить високій температурі (825-850°С), внаслідок чого при охолодженні на границі керамікаметалопокриття в кераміці утворюються мікротрі (О ^00 48461 лено задачу підвищення адгезії між керамікою і металопокриттям при використанні промислової алундової кераміки ВК-94-1 [1] і металізуючої пасти ППЗ [2] Поставлена задача вирішується тим, що в способі металізації алундової кераміки, що включає технологічні операції попереднього відпалювання кераміки у відновлювальному середовищі, промивки, обезжирення, нанесення металізуючого шару, впалювання металізуючого шару в кераміку, згідно винаходу, перед металізацією алундову кераміку попередньо термообробляють в дрібнодисперсному порошку оксиду кобальту (Со20з) при температурі 1100-1130°С на протязі 20-30 годин 3+ При високій температурі іони Со дифундують в поверхневий шар кераміки на глибину 5-15мкм, внаслідок чого утворюється додатковий рельєф поверхні (шершавість) і за рахунок підтравлення поверхні кераміки іонами Со +3 підвищується адгезія між керамікою і металопокриттям Після термообробки кераміки в порошку оксиду кобальту на поверхню кераміки наносять металізуючу пасту і в подальшому стандартними методами металізують поверхню кераміки при температурі 825-850°С ВІДМІННИМИ ознаками запропонованого способу є те, що перед металізацією вироби з алундової кераміки попередньо термооброблюють в дрібнодисперсному порошку оксиду кобальту при температурі 1100-1130°С на протязі 20-30 годин Слід відзначити, що при використанні порошку СО2О3 в якості легуючого компонента, необхідно порошок СО2О3 попередньо прожарити при температурі 1200°С на протязі 5-10 годин, потім ретельно розтерти до дрібнодисперсного стану у фарфоровій ступці або розмолоти в шаровому млині Спосіб реалізується наступним чином Беруть зразок алундової кераміки ВК-94-1 [1] розміром 60х24х2мм Перед термообробкою в керамічний тигель насипають прожарений і розтертий порошок оксиду кобальту, ретельно його утрамбовують і занурюють вертикально в порошок зразок кераміки так, щоб половина пластинки знаходилася над поверхнею порошку Далі тигель устанавлюють в камеру електропечі і нагрівають до 1100°С з швидкістю 300-4007год Витримують зразок при цій температурі ЗО годин Режими тепмообробки наве дені в табл 1 (див колонки 2,3) Після термообробки піч виключають і вона охолоджується до температури оточуючого середовища Після термообробки в порошку СО2О3 та в повітряному середовищі на леговану і нелеговану поверхні зразка наносять пасту ППЗ через трафаретну маску у вигляді однакових майданчиків і проводять подальше впалення пасти в поверхню кераміки [2] Площі металізованих майданчиків 2 однакові і складають - 0,85мм Металізацію нелегованої частини зразка проводять з метою одержання більш достовірних результатів вимірювання адгезійної МІЦНОСТІ між керамікою і металопокриттям (див табл 2) Виміри проведені на розривній машині РМ-3-1 [5] Результати вимірів адгезії приведені в таблиці 1 (див колонки 5-6) В таблиці 1 видно, що найбільші значення адгезії одержані при оптимальному температурному режимі термообробки в порошку СО2О3 в межах температур 11001130°С на протязі 20-30 годин (див рядки 8-9) Зниження адгезії при збільшенні часу термообробки пояснюється зниженням когезії в приповерхневому шарі Для порівняння в табл 2 приведені результати адгезійної МІЦНОСТІ зразка №9 (див табл 1) після статистичної обрабки вимірів по методиці [6] Таким чином, найвищі результати по підвищенню адгезії запропонованим способом досягають 64,3% Джерела інформації 1 Кераміка для мікроелектроніки марки ВК 941 (ТХО 487 002 ТУ), п/о "Феррокерам", м Біла Церква, 1980р 2 Паста ПП-3 (ЕТО 032 508 ТУ) Технологический процесе изготовления пассивной части толстопленочной микросборки (8И0 2201 0001), НПО "Электроприбор», Киев, 1990 -с 178 3 Ас СССР №1 121252, кл С 04 В 41/81,1982г 4 А с СССР №1 379296, кл С 04 В 41 /81,1988 (прототип) 5 Разывная машина типа РМ 3-1 (ТУ 25 06 1050-72) Техническое описание и инструкция по експлуатации г Иваново 1972-с 30 6 Зайдель Н А Элементарные оценки ошибок измерений -Ленинград -Наука -1968-с 96 Таблиця 1 Спосіб металізації алундової кераміки Темпер, No термо обзразка робки Час терКіль мо обКІСТЬ робки вимірів Адгезія Р, кГс/см Кераміка оброблена в Кераміка оброблена на ПОрОШКу СО2О3 повітрі Збільшення адгезії в % 1 1000 10 15 120 105 14,2 2 1000 50 15 130 105 23 7 3 1050 ЗО 15 140 110 27,2 4 1080 ЗО 15 150 110 26,6 5 1100 ЗО 15 170 110 54,5 6 1100 45 15 205 130 57,7 7 1150 20 15 220 140 57,1 8 1130 20 20 225 140 60,7 48461 Продовження таблиці 1 Темпер, No термо обзразка робки Час терКіль мо обКІСТЬ робки вимірів Адгезія Р, кГс/см Кераміка оброблена в Кераміка оброблена на Збільшення адгезії в % ПОрОШКу СО2О3 повітрі 9 1130 ЗО 18 230 150 64,3 10 1130 40 20 228 150 52,0 11 1130 10 15 195 130 50,0 12 1130 15 15 200 130 53,8 Примітка Величина адгезії вирахована з достовірною імовірністю а = 0,68 Автори Рубан Вячеслав Олександрович Корнієнко Зоя Іванівна Микитюк Віталій Іванович Таблиця 2 Спосіб металізації алундової кераміки № виміру 1 Площа майСила відриданчика, S ву Р, Ге мм 2 2 3 Адгезій на кГс/см Середньостатистична величина адгезії обчислена по [6] 4 5 МІЦН Р Поверхня кераміки термооброблена в порошку СогОз.час обробки=30 год, t=1130°С 1 2720 0,85 320 2 3 2210 1370 0,85 0,85 260 161 Середньоарифметична адгезійна МІЦНІСТЬ 4 2260 0,85 265 Р=228,3 кГс/см 2 5 1700 0,85 200 Середньоквадратична похибка одиничного 6 1030 0,85 121,2 Результату 7 2260 0,85 265,9 Середиьостатистична величина адгезії 8 9 1750 2900 0,85 0,85 205,9 341,2 Р=230±95кГс/см^ 10 1000 0,85 117,7 Примітка, довірча імовірність а=0,68 [6] 11 970 0,85 114,1 12 2890 0,85 340 13 1700 0,85 200 14 2360 0,85 277,7 15 960 0,85 122,9 16 2810 0,85 330,6 17 1070 0,85 125,9 18 3000 0,85 352,9 1910 0,85 224,7 19 КІЛЬКІСТЬ вимірів п=19 5=63,8 Поверхня кераміки термооброблена на повітрі Час обробки=30 год, 1=1130°С 1 1440 0,85 169,4 2 930 0,85 109,4 3 750 0,85 88,2 4 5 1430 1590 0,85 0,85 168,2 187,1 6 1670 0,85 196,5 Р=152,2 7 550 0,85 54,7 5 П =63,8 Р=140±70 кГс/см 2 8 1410 0,85 165,9 9 740 0,85 87,1 10 1700 0,85 200 п=15 Примітка довірча імовірність а=0,68 [6] 8 48461 Продовження таблиці 2 № виміру 1 Площа май- Адгезій на Сила відриданчика, S МІЦН Р ву Р, Ге 2 мм кГс/см 2 3 Середньостатистична величина адгезії обчислена по [6] 4 5 Поверхня кераміки термооброблена в порошку СогОз.час обробки=30 год, t=1130°С 11 620 0,85 72,9 12 1650 0,85 194,1 13 1430 0,85 168,1 14 1030 0,85 121,2 15 2550 0,85 300 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71