신뢰성이 높은 -전자 패키징 및 고온-구조적 연결 분야에서 세라믹과 금속 간의 안정적인 결합은 항상 핵심적인 기술적 과제였습니다. 알루미나로 대표되는 구조용 세라믹은 경도가 높고 절연성이 뛰어나며 내열성이 우수하지만 취성 및 표면 불활성으로 인해 금속에 직접 용접하기가 어렵습니다. 신뢰할 수 있는 세라믹-대-금속 연결을 달성하기 위해 금속화 공정이 핵심 구성 요소가 되었으며, Mo-Mn 방법과 개선된 활성화 Mo-Mn 방법은 엔지니어링 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다.
전통적인 Mo-Mn 금속화 메커니즘 및 인터페이스 특성
전통적인 Mo-Mn 방법은 몰리브덴과 망간 금속 분말이 포함된 슬러리로 Al2O3 기판을 코팅한 후 고온 소결을 통해 금속층을 형성하는 방식입니다. 연구에 따르면 금속화 세라믹 처리를 위해 고순도 Mo와 Mn을 80:20 비율로 혼합하면 생성된 금속층이 알루미나 기판과 우수한 계면 결합을 나타내는 것으로 나타났습니다.
나노압입 테스트 데이터에 따르면 Al2O3 기판, 계면층 및 금속 코팅의 나노경도는 각각 약 14GPa, 5.5GPa 및 1.5GPa입니다. 경도는 세라믹 기판에서 금속층으로 갈수록 점차 감소하여 연속적인 구배 구조를 형성합니다. 이 구배 인터페이스는 열팽창 불일치로 인한 열 응력을 효과적으로 완화하여 접합부의 열충격 저항성을 향상시키고 금속화 세라믹 부품이 더 높은-온도 환경에서 장기간 작동할 수 있게 해줍니다.
소결 중에 Mo 입자는 먼저 연속적인 골격 구조를 형성하는 반면 Mn은 계면 반응에 참여하여 세라믹 유리 상과의 결합을 촉진합니다. 고온에서는 소량의 유리상이 세라믹 내부에서 금속층으로 이동하여 기공을 채우고 계면 결합 강도를 향상시킵니다. 이러한 확산 및 이동 과정은 전통적인 세라믹 금속화 기술에서 안정적인 결합을 형성하는 데 중요한 기반입니다.
그러나 전통적인 Mo{0}}Mn 방법에는 심각한 단점이 있습니다. 첫째, 높은 소결온도가 필요하고 에너지 소모가 크다. 둘째, 금속 분말 시스템에 활성화제가 부족하면 계면 습윤성이 제한되어 밀봉 강도를 향상시킬 수 있는 가능성이 제한됩니다. 따라서 고급 애플리케이션을 위한 개선된 프로세스가 점진적으로 개발되었습니다.-
활성화된 Mo-Mn 방법의 기술 개선 경로
활성화된 Mo{0}}Mn 방법은 금속화 온도를 낮추고 계면 반응성을 향상시키는 것이 핵심 목표인 기존 공정을 최적화한 것입니다. 개선 사항은 주로 두 가지 범주로 나뉩니다. 첫째, 제형에 활성제를 추가하는 것입니다. 둘째, 금속 분말의 일부를 몰리브덴 또는 산화망간 또는 염으로 대체합니다.
금속화 조건에서 Mo 입자는 소결되어 스폰지-와 같은 프레임워크 구조를 형성합니다. 금속성 Mn이 산화되어 MnO로 된 후 Al2O3, SiO2, CaO 및 기타 성분이 첨가되어 확산 반응을 거쳐 녹는점이 낮고 점도가 낮은 용융물이 생성됩니다. 이 용융물은 Mo에 대해 우수한 습윤성을 나타내며 95wt.% Al2O3 세라믹에 존재하는 소량의 유리상과 융합될 수 있습니다.
이러한 저점도 용융물의 형성은 세라믹 내부에서 금속층 기공으로의 유리상 이동을 크게 촉진하여 계면에서의 기계적 맞물림과 화학적 결합을 향상시킵니다. 기존 방법과 비교하여 활성화된 Mo-Mn 공정은 인터페이스에서 더 조밀한 금속화 세라믹 구조를 형성하여 전반적인 결합 신뢰성을 향상시킵니다.
성능 이점 및 애플리케이션 중요성
활성화된 Mo{0}}Mn 방법은 복잡하고 상대적으로 비용이 많이 들지만 강력한 계면 결합과 탁월한 습윤성을 제공하여 밀봉 강도와 열 순환 안정성을 크게 향상시킵니다. 따라서 이는 고순도 알루미늄 정밀 고급 세라믹 금속화 부품 제조에 폭넓게 적용됩니다.
고전력 전자 패키징, 진공 장치, 센서 하우징, 고온 구조 부품-에서 금속화 세라믹 구조는 열충격과 기계적 부하를 견디는 경우가 많습니다. 구배 인터페이스와 낮은-취성 상의 형성은 균열 저항성과 장기적인-서비스 안정성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
또한, 배합 비율과 소결 공정을 최적화함으로써 계면 다공성과 금속층 두께를 더욱 제어할 수 있어 금속화된 세라믹 부품의 반복 가능한 성능과 안정적인 대량 생산을 달성할 수 있습니다.
기술 개발 동향
세라믹 금속화 기술의 향후 개발은 주로 세 가지 측면에 중점을 둘 것입니다. 첫째, 금속화 온도를 더욱 낮추어 에너지 소비를 줄이고 매트릭스 열 응력을 줄입니다. 둘째, 나노 규모의 분말과 정밀한 제형 제어를 통해 인터페이스 균일성을 향상시킵니다. 셋째, 고급 특성화 방법을 결합하여{0}}계면 반응 동역학과 유리 이동 메커니즘에 대한 심층적인 연구를 수행합니다.
고급 전자 패키징 및 정밀 구조 부품 분야에서는 금속 세라믹의 밀봉성과 기계적 강도에 대한 요구 사항이 지속적으로 증가하고 있습니다. 활성제 시스템과 소결 공정을 개선해 높은 접착력을 유지하면서도 비용 절감과 생산 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
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