敏感陶瓷已经成为现今电子系统中不可或缺的新型电子元件,表面金属化是其关键技术之一。我国是一个敏感陶瓷的生产大国,其产量占据全球的三分之一以上,但是,包括TDK、兴勤、西门子等外资企业在内的陶瓷行业仍然沿用“丝印一烧结银浆法”、电镀法、热喷涂法等落后工艺进行金属化,不仅生产成本高,金属化质量低下,而且生产过程存在严重污染。采用新技术新工艺来提高金属化质量,降低成本,解决传统工艺的污染问题,是当前国际上敏感陶瓷领域的热门研究课题。本文从理论上深入研究了电极层与敏感陶瓷的界面反应机制、欧姆接触机制和无铅焊料与金属化电极的熔蚀机制；采用磁控溅射技术,系统地开发出了一系列多层膜结构与工艺,对氧化锌压敏陶瓷、PTC和NTC等热敏陶瓷进行无害金属化；同时,参与研制出了适用于陶瓷金属化大规模生产的连续式自动溅射镀膜生产线,在多家外资和民营企业实现了产业化生产,创造了显著的社会经济效益。论文的主要工作和研究成果如下：1.从薄膜生长理论、表面物理学和金相学角度,深入分析了电极层与敏感陶瓷界面机制及其作用。研究结果表明：过渡层金属在陶瓷表面的沉积模式为混态生长模式：初始沉积的金属原子与陶瓷表面存在明显的电子转移,界面处有金属氧化物生成,随着膜层覆盖度的增加,电子转移逐渐减弱,最后过渡层金属完全呈现为金属态的中性吸附。界面层含有氧化物的膜层厚度约为150-200A,正是这层氧化物,匹配了金属与陶瓷的热膨胀系数,降低了接触势垒,增强了金属薄膜在陶瓷表面的粘附力,降低了欧姆接触电阻。国际上关于金属与陶瓷的界面机制研究尚鲜有报道,这项研究成果为揭示陶瓷金属化的界面机制提供了一定理论依据,受到业界的肯定,相关研究成果发表于EI期刊和TFC13第13届全国薄膜技术学会,并获得优秀论文奖。2.通过理论分析研究和大量实验对比,针对氧化锌压敏陶瓷、PTC、NTC三大类敏感陶瓷的特性,系统地设计并制备出一系列多层膜结构的金属化电极,并实地投产成功：(1)针对氧化锌压敏电阻器工作时浪涌电流大的特点,我们创造性地提出了过渡层(铬)+中间层兼焊接层(铜)的电极结构。采用Cr作为电极的过渡层,铬与氧化锌陶瓷的界面反应生成的氧化物有助于降低欧姆接触,增强膜层与陶瓷的结合力；采用导电性和焊接性良好的Cu作为电极的中间层兼焊接层,保证了较低的电极整体电阻率,使元件在大的浪涌电流时不易因过热而炸毁。投产结果表明：电极的抗拉强度达到10.8MP,焊接良好率达100%,元件的压敏电压、非线性系数、漏电流、通流能力等电学性能都要好于烧银电极。相关的研究成果申请了一项国家发明专利,专利申请号为201310288920.3。(2)NTC热敏电阻器需要长期工作在-50—200℃温度下,金属离子容易扩散到瓷体,电极也容易氧化,我们提出了采用Ni/V作为电极的过渡层兼中间层、Ag作为焊接层的电极结构。Ni能与NTC热敏陶瓷产生良好的欧姆接触,附着力强,而且Ni膜能够有效阻挡Ag扩散进入陶瓷体内,同时Ni还能很好地耐受高温无铅焊锡的溶蚀。这一电极结构保证了电极整体性能的稳定性与可靠性,1000h的高温加严老化试验结果表明：电极性能稳定,没有发生明显的劣化现象。研究成果发表于第十一届国际真空冶金与表面工程学术会议和EI期刊。(3)对于PTC陶瓷,开发出Cr+Cu/Ni+Ag电极结构,电极膜的厚度仅为丝印银浆的十二分之一,产业化生产后,电极的抗拉强度、通流能力、成品率等所有技术指标均比丝印-烧银法提高一倍以上,而生产成本降低了80%左右。3.在完成实验室研究的基础上,参与设计并研制了连续溅射镀膜生产线,对敏感陶瓷金属化进行了产业化研究。该生产线在亚洲最大的敏感陶瓷企业投产应用两年结果表明：与传统的丝印-烧银的工艺相比,金属化品质与一致性全面提高,生产成本降低76%以上,能耗降低48%以上,整个制备过程彻底杜绝了污染,实现了绿色制造,社会经济效益显著,总体技术水平已经达到了国际先进水平,填补了国内空白。