Като композитен материал, който съчетава високата твърдост и устойчивостта на високи -температури на керамиката с отличната издръжливост на металите, метализираният двуалуминиев оксид споделя фундаментална основна логика в своя производствен процес, който е много подобен на този на традиционната керамика. Пълният поток на процеса е както следва: керамичен прах, метален прах и свързващо вещество → смесване → гранулиране → формоване → отстраняване на свързващо вещество → редуциране на предварително -синтероване → синтероване → механична обработка → проверка → готов продукт. Всеки етап от тази технологична верига оказва пряко влияние върху крайната производителност на получените метализирани керамични компоненти. Разбирането на механизмите на взаимодействие между тези различни операции е предпоставка за постигане на надеждно производство на тези компоненти.
Избор и подготовка на суровини
Поради отличната си омокряемост с метали, карбидите често се използват като първични керамични суровини при производството на метализирана алуминиева керамика за приложения за свързване. Карбидни прахове могат да бъдат синтезирани по различни начини: редуктивна карбуризация на метални оксиди; газови-твърди реакции, включващи метални оксиди, метали и въглеводороди; и газо{2}}фазови реакции между метални халиди и въглеводороди. Приготвянето на метални прахове, обратно, може да използва технически пътища като редукция на метални соли, карбонил метод, електролиза или пулверизиране на разтопени метали. В контекста на производството на метализирана керамика, чистотата на суровината е от първостепенно значение. За да се сведе до минимум замърсяването от примеси, топкови мелници, облицовани с конкретния въпросен керамичен материал-заедно с-топки за смилане от твърда сплав-обикновено се използват по време на процеса на партидно смесване. През последните години внедряването на високо{10}}ефективно оборудване за смилане-като мелници с разбъркване и високо{12}}енергийни вибрационни мелници-значително подобри както еднородността на прахообразните материали, така и общата производствена ефективност.
Процеси на гранулиране и формоване
Когато суспензията се гранулира чрез пулверизационно сушене, резултатът е сферична гранула от смесен-материал с отлична течливост и равномерно разпределение на размера на частиците; това е критичен фактор за осигуряване на постоянна плътност на опаковката по време на последващия етап на пресоване и формоване. За формирането на зелено тяло на керамични продукти за метализация, полу-сухото пресоване е най-широко възприетият технически подход, характеризиращ се с висока производствена ефективност и отлична консистенция на размерите. За големи-мащабни или геометрично сложни продукти студеното изостатично пресоване предлага по-равномерно и изотропно разпределение на плътността, като по този начин намалява риска от деформация по време на синтероване. Независимо от конкретния използван метод на формоване, еднородността на плътността на необработеното тяло служи като основна предпоставка за успешното изпълнение на последващия процес на синтероване.
Отстраняване на свързващото вещество и редуциране на предварително-синтероване
Свързващото вещество (обикновено органичен полимер) трябва да бъде напълно елиминирано преди синтероването; в противен случай той ще се разложи и ще генерира газ при високи температури, което ще доведе до пукнатини или порьозни дефекти в зеленото тяло. Етапът на отстраняване на свързващото вещество обикновено се провежда при относително ниски температури, като се използва бавна скорост на нагряване и достатъчен въздушен поток за отвеждане на продуктите от разлагането. Това е последвано от редукционния етап преди-на синтероване: повърхностните оксиди върху прахообразните частици се редуцират от редуцираща атмосфера-като водород или дисоцииран амоняк-и започва да се получава свързване между-частиците (маркиращо началото на дифузия в твърдо-състояние), докато малко количество от керамичната фаза се разтваря в металната фаза. По време на този етап повърхността на свързване между керамика-към-метал започва да придобива предварителна форма; въпреки че зеленото тяло претърпява само минимално свиване, то придобива достатъчна механична якост, за да улесни последващото боравене и зареждане в пещта.
Три{0}}етапна еволюция на процеса на синтероване
Агломерирането представлява сърцевината на целия производствен процес и може да бъде разделено най-общо на три етапа: предварително-синтероване, синтероване и охлаждане. Етапът на предварително -синтероване включва основно елиминирането на свързващите вещества и редуцирането на оксидите. При навлизане в етапа на синтероване, с повишаване на температурата, разтворимостта на керамичната фаза в металната фаза се увеличава и започва да се появява течна фаза. С по-нататъшно повишаване на температурата количеството керамика, разтворено в течната фаза, продължава да се увеличава-, което води до нарастващ обем на течната фаза-и зеленото тяло претърпява бързо свиване и уплътняване. По време на този процес микроструктурата на метализираната керамика се развива от смес от дискретни керамични и метални частици в структура, в която керамичните частици са капсулирани от течната метална фаза, като в крайна сметка образуват непрекъсната мрежа при охлаждане. Етапът на охлаждане изисква прецизен контрол върху скоростта на охлаждане, за да се предотврати напукване, причинено от топлинен стрес.
Последваща{0}}обработка и окончателна проверка
Спечените металокерамични заготовки обикновено изискват прецизна обработка, за да отговарят на окончателните размери и геометрични спецификации за толеранс. Поради високата твърдост и присъщата крехкост на металокерамиката, машинните операции използват предимно диамантени шлифовъчни дискове за шлайфане или прилепване. За части с усъвършенствана керамична метализация с висока чистота на алуминиев оксид, предназначени за спояване или свързване с метални компоненти, повърхността след -синтероване може да изисква вторично метализиране или обработка на покритие за подобряване на способността за запояване. Фазата на окончателната инспекция включва проверка на размерите, не-разрушително изпитване (като рентгеново или ултразвуково изследване за вътрешни дефекти), металографски анализ и изпитване на механични или електрически характеристики.
Други спомагателни производствени методи
В допълнение към гореспоменатите масови процеси, съществуват няколко специализирани метода за производство на метало{0}}керамика, които са подходящи за специфични приложения. Методът на метална инфилтрация включва поставяне на пореста керамична заготовка в разтопен метал, като се използват капилярни сили за изтегляне на метала в порите на керамиката, като по този начин се образува плътна композитна структура. Механичният метод на разбъркване включва равномерно диспергиране и включване на керамичен прах в разтопения метал чрез високо{3}}бързо разбъркване; тази техника е особено подходяща за сценарии, при които металната фаза съставлява относително голям дял от материала. Методът на импрегниране включва първо производството на порест метален скелет, който след това се потапя в керамична суспензия; след изсушаване и синтероване, керамиката запълва порите в металния скелет. Освен това, за метализирани керамични продукти има техники, които включват първо омекотяване на металната фаза чрез горещо пресоване и след това директно формоване-чрез екструдиране-в желаните тръбни или пръчковидни форми.
Ключови контролни точки в управлението на процеси
В действителното производство качеството на производство на метализирана керамика с алуминиев оксид зависи от няколко критични контролни точки: Първо, размерът на частиците, чистотата и разпределението на размера на частиците на суровия прах влияят пряко върху активността на синтероване и крайната плътност. Второ, еднородността на прахообразната смес е от съществено значение за предотвратяване на локализирано разделяне на състава, което може да доведе до непоследователни свойства на материала. Трето, оптимизирането на профила на изгаряне на свързващото вещество е от решаващо значение за предотвратяване на напукване или замърсяване от остатъчен въглерод. Четвърто, точната координация на температурата на синтероване, времето на задържане и атмосферата в пещта е незаменима. Пето, контролът на скоростта на охлаждане е необходим, за да се избегне микро-напукване, причинено от напрежения на фазова трансформация или термични напрежения. Само чрез систематичен контрол на процеса, насочен към тези ключови точки, човек може последователно да произвежда метализирани керамични компоненти, които отговарят на строгите изисквания на електрическата, електронната и космическата промишленост.
Ако в момента разработвате или произвеждатеметализирана керамиказа електрически приложения и изискват поддръжка с оптимизация на процеса, ние можем да предоставим оценки на параметри, вариращи от избор на суров прах до самия процес на синтероване. Каним ви да споделите подробности относно вашата конкретна материална система и цели за изпълнение; след това ще предоставим персонализирани препоръки, за да ви помогнем.
свържете се с нас
