發布日期：2022-11-05 點擊率：54
陶瓷表面的金屬化過程工序較多，工藝也較為復雜，影響金屬化層質量的因素也是多方面的。為了能獲得優質金屬化層，就必須了解金屬化層常出現的缺陷特征、形成缺陷的基本原因，然后才能有針對性地提出解決的工藝措施。
1.金屬化層裂紋
陶瓷表面金屬化層常常在涂敷后，干燥過程中出現裂紋。其裂紋特征是呈龜形裂紋。形成這種裂紋的主要原因是由于涂粉末膏時，粉末中的黏結劑太多，涂敷層的厚薄不均勻，這樣就必然造成在干燥過程中黏結劑分解、揮發和收縮大小不均而造成裂紋。
生產實踐表明，解決措施有三：一是加入適量的黏結劑，不可過多，而且還要研磨、攪拌使之均勻；二是涂敷時薄厚要均勻；三是燒結加熱要緩慢。
2.金屬化層起泡
金屬化涂層在涂敷之后，起泡也是常出現的缺陷。當金屬化層起泡后，造成凸起，表面不平滑，嚴重影響下一步鍍Ni的進行。這種起泡的原因很可能是陶瓷本身表面上有雜質，在金屬化燒結過程中參與氧化反應而起泡；另一原因是金屬化涂層中有化學反應即起泡。前者可能是陶瓷內部質量和表面研磨質量問題；后者則是金屬化粉末本身質量不純或是配方中其他成分不準面造成的。在調整粉末配方時，先要考慮到不宜過多地加入Mn。因為Mn含量過多，可促使陶瓷表面與金屬化層之間反應，由此會引起起泡的缺陷。
3.金屬化層掉粉
金屬化層是經過高溫燒結而形成的。本應是致密、平滑均勻、與陶瓷結合很牢并具有金屬性質的涂層。但事實上都不是那么理想，往往在燒結之后金屬化層出現掉粉現象，這是金屬化層的主要缺陷之一。在燒結之后，用陶瓷片刮擦時，掉粉和金屬化層部分脫落，嚴重時整個金屬化層從陶瓷表面脫落。出現這種缺陷的原因很多，但主要原因是金屬化燒結溫度低，氣氛的氧化性小，金屬化粉末涂層配方比例有誤，或材料性能和成分有變化等。
4.金屬化層表面氧化
生產實踐表明，處在高溫的金屬化層與空氣接觸即被氧化。其氧化層多呈棕紅色或藍紫色，多是在冷卻過程中被最終氧化的。在加熱升溫過程中也可能氧化，但在高溫保溫時間內能夠被還原。所以，如何在冷卻過程中避免氧化是關鍵。應指出，一般情況下，金屬化層的結構件剛剛出爐時不被氧化，但要放置別處，不加保護，一段時間后仍被氧化。金屬化層被氧化之后，嚴重地影響下一步工序的實施。
避免氧化的辦法，首先是降低出爐時的溫度，同時要用干H2. 其次是將剛出爐的有金屬化層的結構件立即浸入酒精中，可避免表面產生氧化。再有，也可以將已被氧化了的金屬化層構件在干H2中加熱至1100~1200℃，使其還原。但這種辦法是第二次高溫處理，會影響原來的金屬化層的質量，盡量少用。
5.金屬化層起皮
所謂金屬化層起皮，是指金屬化涂層在加熱過程中產生嚴重的收縮變形，使得金屬化層局部鼓起脫離陶瓷表面，甚至大部分金屬化層脫落。這種缺陷嚴重地影響金屬化層質量。產生這種缺陷的根本原因是涂層中的黏結劑太多，涂敷層太厚，而且涂敷不均勻，調劑時太黏，對陶瓷表面潤濕性太差等。另外也可能是燒結時加熱升溫速度太快而引起的。
6.陶瓷花斑和發灰
在金屬化燒結后，除金屬化層之外的表面出現了起泡的缺陷。出現這種缺陷的主要原因是陶瓷本身的燒成溫度太低，反應后的玻璃相不均勻和反應不夠完全，都會在金屬化加熱后產生起泡，這是所選用的陶瓷件質量問題。
陶瓷金屬化加熱之后，陶瓷表面產生花斑缺陷。這種花斑可能呈黃色或灰色。此缺陷的出現也會影響陶瓷結構件的使用性能。形成這種缺陷的原因，目前還找不到更為確切的說法，從工藝上看，金屬化燒結時，爐內的濕度過大，或用干H2氣氛加熱的時間太長，都容易出現表面花斑。同時指出，產生表面花斑除與外界環境有關外，還與陶瓷種類成分、各結晶相的形成晶核過程有關(如鈣長石、尖晶石等)。同時也與玻璃相中能顯示顏色離子所處的周圍環境有關。如鈦離子Ti2+在干H2中就呈灰色，這是Ti4+在還原條件下變化成Ti2+的結果。Fe離子與Ti是一樣的，也是以多種離子狀態出現。所以，陶瓷中的Ti和Fe離子，在陶瓷金屬化燒結過程中會顯示不同的顏色。
在陶瓷金屬化燒結后，陶瓷表面呈現出具有條紋狀的灰色時，這可能是由金屬化燒結時爐內尚存在揮發物所引起的。例如爐管中存在揮發物、爐內Mo絲揮發污染、金屬化層Mo的揮發均有影響。
7.金屬化燒結過程中陶瓷變形和炸裂
在陶瓷表面金屬化燒結中，陶瓷件較薄或薄厚不均而且局部薄厚變化較大，組裝時放置不平，燒結溫度過高，保溫時間過長等均容易產生變形。當結構件產生變形，影響與其他結構使用時，即可作為廢品處理。如果能單獨使用，不受局部變形影響，尚可使用，但不能作為商品。
在陶瓷表面金屬化燒結過程中出現陶瓷構件炸裂的缺陷雖然不算多，但這種缺陷是極其嚴重的，一旦出即報廢，是不準許的缺陷。如果選件不當，燒結工藝規范控制不嚴，將會出現陶瓷炸裂。經驗指出，出現這種缺陷多是因為所選陶瓷質量低劣，結構體型較大，特別是薄厚不均。構件復雜和異型結構件最易出現開裂現象。此外，陶瓷件導熱性較差，受熱不均，溫差較大，勢必造成較大的內應力，促使陶瓷炸裂。再就是加熱溫升速度和冷卻速度較快，也會使陶瓷件開裂。
為了防止這種炸裂缺陷出現，首先是選擇優質陶瓷件，合理設計結構形狀，減少應力集中，厚薄盡量要均勻。在工藝上要減少加熱和冷卻速度，調整好金屬化時的氣氛。裝配時根據結構的形狀與復雜程度，適當夾緊和安放，均可達到防止變形和炸裂的目的。
8.滲透開裂
在陶瓷與Kovar合金釬焊并采用Ag-Cu釬料或Cu釬料時，經過釬焊加熱過程冷卻之后，在Kovar合金釬縫附近將會出現銅合金的滲透開裂現象。由于這種缺陷既影響接頭性能，又降低結構的氣密性，嚴重時會明顯漏氣。在更多的情況下是一種貫穿性的開裂，但也有時只有在顯微鏡觀察下才能發現沿Kovar合金晶粒邊界滲透,但不一定漏氣。
陶瓷與Kovar(Fe-Co-Ni合金)釬焊過程導致釬縫近縫區產生滲透裂紋的原因比較復雜。但其原因與釬料種類成分和Kovar合金成分、組織結構、晶粒大小，以及釬焊規范等有關。首先Kovar合金是單相奧氏體組織，而且在釬焊高溫作用下還有晶粒長大傾向。其次就是含有Cu、Sn的釬料(如Ag-Cu-Sn、Ag-Cu等)在釬焊過程中熔化后是共晶液態，熔點較低，流動性較高，對Kovar合金浸潤和擴散，而且首先是沿晶粒邊界滲透，形成了“液態金屬脆性”，在應力作用下，這些液相合金便沿晶界縱深滲展并充滿晶界，由于這時的應力(拉應力)作用，形成了具有貫穿性的裂紋。經分析表明，這種液體中的主要成分是Cu和Sn而Ag則很少，所以認為Cu、Sn是滲透裂紋的主要成分，同時還認為Cu最為敏感。尤其是Kovar合金為單相大顆粒晶體，給擴大滲透創造了有利條件。
進一步分析指出，這種沿晶界滲透的裂紋，會使晶界的表面能明顯降低，同時充滿晶界裂紋的尖端壁面產生一種附加的壓力，而促使液態金屬沿晶界加速縱橫擴展，從其釬縫迅速地擴展到近區。實踐指出，如果陶瓷與Kovar合金釬焊結構，在Kovar合金中出現了這種滲透裂紋，不僅使陶瓷與Kovar合金連接接頭失去致密性，而且也降低了接頭強度。
為了防止這種滲透裂紋缺陷,應采取以下幾方面的工藝措施:
①應盡量選用滲透裂紋傾向小或不產生滲透裂紋的釬料,最好是不含Cu的釬料,如純Ag、Au-Ni、Ag-Cu-Pd等滲透傾向小的釬料。
②在釬焊之前先在Kovar合金表面鍍上一層Ni，再釬焊時可不出現滲透裂紋。因為Ni與Cu是無限互相固溶的元素，能互相溶解和擴散，可以防止沿晶界的滲透。
③在釬焊工藝上，首先合理地控制工藝規范，如釬焊溫度不能太高，保溫時間不能過長，應在完成釬焊的條件下盡量縮短保溫時間和降低釬焊溫度。這種措施還可以防止Kovar合金晶粒長大，對減少滲透裂紋傾向是有利的。
(慧樸科技，huiputech)
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