陶瓷热浸镀铝工艺研究

论文摘要

铝极易氧化，在其工艺上重要的1000℃范围内，铝表面总是存在氧化膜，阻碍陶瓷和铝的润湿，因此陶瓷与铝的连接非常困难。本文探讨了一种新的陶瓷热浸镀铝方法，系统研究了炉内保护气体氮气流量（氧含量）、温度、陶瓷板在铝液中的保温时间以及合金元素等因素对陶瓷热浸镀铝工艺的影响，探讨了陶瓷热浸镀铝机理。研究结果表明采用改进热浸镀铝方法，适当控制热浸镀温度、氮气流量（氧含量）和保温时间，可以在陶瓷板和单晶表面形成一层均匀的、厚度为5～10μm，与陶瓷板连接紧密的铝或铝硅合金膜。研究结果表明在氮气气氛中热浸镀可以防止与陶瓷接触的铝液表面形成新的氧化膜，因而铝液能够与陶瓷或者扩散到界面上的氧发生反应，在界面处形成与铝和陶瓷晶粒均存在共格关系的中间相。该中间相的形成显然能够降低陶瓷-铝界面能，增加铝膜和陶瓷的粘结力。而且，铝膜的自由表面轻微氧化，可以降低铝膜的表面能。研究结果还表明氮气流量对热浸镀铝有显著影响。氮气流量较低时，界面处的铝液表面生成新的氧化膜，阻碍铝和陶瓷的直接接触及连接，阻碍热浸镀铝。反之，氮气流量过高时，铝液自由表面的表面张力比较高，陶瓷表面粘附的铝液会发生团聚脱落，也不利于热浸镀铝。适当控制氮气流量，可以使与陶瓷接触的铝液表面不被氧化；而且，可以使铝膜的自由表面适当地氧化（化学吸附氧），从而起到降低表面张力、防止铝膜团聚滑落的作用，对热浸镀铝至关重要。提高温度有利于铝液与陶瓷基板发生反应，增加铝膜和陶瓷的粘结力；然而，高温不利于氧原子在铝膜自由表面上的吸附。因此提高温度的同时需要适当调低氮气流量，防止铝膜团聚滑落。增加陶瓷板在铝液中的保温时间，有利于陶瓷和铝发生反应，有利于中间相在界面处形成，有利于热浸镀铝。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 陶瓷表面金属化方法
• 1.2.1 Mo-Mn 法
• 1.2.2 化学镀法
• 1.2.3 熔盐析出法
• 1.2.4 低压等离子喷涂法
• 1.2.5 真空蒸发镀膜法
• 1.2.6 真空溅射镀膜法
• 1.3 铝与陶瓷润湿性影响因素
• 1.3.1 实验温度的影响
• 1.3.2 实验气氛的影响
• 1.3.3 保温时间的影响
• 1.3.4 合金元素的影响
• 1.3.5 表面结构的影响
• 1.3.6 铝-陶瓷的界面形貌
• 1.3.7 铝-陶瓷的润湿性与连接的关系
• 1.4 陶瓷表面铝金属化的研究现状
• 1.5 课题的选择与研究内容
• 第2章 氧化铝陶瓷热浸镀铝实验结果
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验材料准备
• 2.2.2 热浸镀铝实验过程及工艺参数
• 2O₃陶瓷表面铝膜覆盖率统计方法'>2.2.3 Al₂O₃陶瓷表面铝膜覆盖率统计方法
• 2O₃陶瓷表面铝膜附着力测试方法'>2.2.4 Al₂O₃陶瓷表面铝膜附着力测试方法
• 2O₃陶瓷金属化样品显微分析方法'>2.2.5 Al₂O₃陶瓷金属化样品显微分析方法
• 2.3 实验结果
• 2O₃陶瓷表面铝膜覆盖率'>2.3.1 Al₂O₃陶瓷表面铝膜覆盖率
• 2O₃陶瓷表面铝膜附着力'>2.3.2 Al₂O₃陶瓷表面铝膜附着力
• 2O₃陶瓷金属化样品宏观形貌'>2.3.3 Al₂O₃陶瓷金属化样品宏观形貌
• 2O₃陶瓷金属化样品 SEM 分析'>2.3.4 Al₂O₃陶瓷金属化样品 SEM 分析
• 2O₃陶瓷金属化样品 AFM 分析'>2.3.5 Al₂O₃陶瓷金属化样品 AFM 分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 氮化铝陶瓷热浸镀铝实验结果
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验材料准备
• 3.2.2 热浸镀铝实验过程及工艺参数
• 3.2.3 AlN 陶瓷表面铝膜覆盖率统计方法
• 3.2.4 AlN 陶瓷表面铝膜附着力测试方法
• 3.2.5 AlN 陶瓷热浸镀样品显微分析方法
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 AlN 陶瓷表面铝膜覆盖率
• 3.3.2 AlN 陶瓷热浸镀样品铝膜附着力测试
• 3.3.3 AlN 陶瓷热浸镀样品宏观形貌
• 3.3.4 AlN 陶瓷热浸镀样品 SEM 分析
• 3.3.5 AlN 陶瓷及热浸镀样品表面 AFM 分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验结果讨论
• 4.1 热浸镀铝膜稳定的机理
• 4.2 陶瓷和铝的界面反应及界面能
• 4.3 热浸镀铝工艺影响因素
• 4.3.1 氮气流量对热浸镀铝的影响
• 4.3.2 热浸镀温度对热浸镀铝的影响
• 4.3.3 保温时间对热浸镀铝的影响
• 4.3.4 合金中硅含量对热浸镀的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果