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陶瓷表面金属化在陶瓷连接和电子封装领域具有重要地位。熔盐反应法是一种新型的陶瓷表面金属化技术,具有工艺简单、设备低廉、低成本的优点,适合大尺寸和复杂形状表面的金属化。本文利用熔盐反应法,首次实现了SiC、AlN、Al2O3陶瓷的Ti金属化和Si3N4陶瓷的Zr金属化,成功制备出高质量、与基体结合紧密的金属化涂层。
论文首先研究了熔盐反应法的反应机理和涂层形成机理。结果表明,Ti金属化涂层是由熔盐中低价Ti离子歧化反应产生的Ti沉积在陶瓷表面形成的。涂层的形成是一个多步骤过程,沉积速率与反应温度、保温时间和K2TiF6初始浓度有密切关系。Ti2+离子的歧化反应是SiC、AlN和Al2O3陶瓷表面Ti金属化涂层形成过程的控速步骤,Si3N4陶瓷表面Zr金属化涂层的形成过程则由Zr离子在熔盐中的扩散控制。并分别计算了各个涂层形成过程的活化能。
论文深入研究了金属化涂层的显微结构。涂层由Ti或Zr与陶瓷基体反应产生的二元或三元类金属化合物组成,多呈现层状结构。涂层相与基体在界面处存在相互交联的梯度结构,无明显界面,结合非常紧密。影响涂层厚度和物相组成的因素有反应温度、保温时间和K2TiF6初始浓度,还包括加样工艺和基体表面粗糙度。
论文采用座滴法系统研究了金属化涂层与常用钎料AgCu合金、Al、PnSn合金的高温润湿性能。结果表明,金属化处理均能显著降低陶瓷与金属的接触角,尤其是对于表面相为Ti2O的涂层,高温下与液态金属和合金接近完全润湿状态,有利于陶瓷钎焊。从电阻率、可焊性和可蚀刻性三方面探讨了熔盐反应法应用于AlN、Al2O3陶瓷基板金属化的可行性,结果表明,熔盐反应法具有一定的应用前景,制备的金属化涂层可以用作陶瓷基板金属化的预置导电层。