活化劑MgO在氧化鋁陶瓷金屬化過程中的影響

真空封接 趙榮飛 陜西寶光陶瓷科技有限公司

  對Al2O3陶瓷進行金屬化以活化Mo-Mn 法為主,活化Mo-Mn 法是在燒結金屬粉末(傳統Mo-Mn) 法的基礎上發展起來的,其實質是在Mo-Mn配方中添加一些在金屬化時能形成玻璃相的活化劑如:Al2O3 、SiO2 、MgO、CaO、BaO、瓷粉等,以擴大原始Mo-Mn 配方的適應性。目前,大多數單位采用的都是改進后的Mo-Mn 配方,主要是在金屬化配方中添加活化劑,使金屬化溫度降低,并獲得較高的金屬化封接強度。添加活化劑的作用主要是促進高溫液相的產生,也就是說,在達到金屬化溫度使活化劑變成液相,部分與陶瓷成分作用生成液相,部分與氧化了的金屬粉末生成液相,而這兩種情況一般同時發生,產生的這些液相同時浸潤金屬粉末和陶瓷表面,與之作用,形成粘連。

  陜西寶光陶瓷科技有限公司使用的金屬化配方中活化劑選用Al2O3 ,SiO2 ,MgO三種,該配方已投入生產兩年多,前期生產狀況良好,質量較穩定,但近期一次金屬化后的封面質量問題越來越多,為此本文重點解決一次金屬化過程中的突出問題。

1、一次金屬化燒結后出現問題

  (1) 出現嚴重的封面花斑問題,具體情況如圖1所示。

封面花斑

圖1  封面花斑

  (2) 燒結后的金屬化面出現大量的封面凸起,部分封面凸起膏粉脫落,產生露瓷或起皮。

2、原因分析及試驗

2.1、封面花斑問題

  分析認為產生封面花斑的主要原因有兩種:粉末配備比例不準確;燒結工藝改變,即延長了升溫時間和保溫時間及濕氫溫度。重新配備粉末及膏劑,在不改變現有燒結工藝下進行燒結,結果是封面花斑依然存在。變回到原燒結工藝燒結,封面花斑減輕,但還存在。

  選取一件樣品,對其封面花斑部位進行光譜分析,分析結論為:除配方成分元素外含有痕量的Fe ,Na元素。經分析,認為痕量的Fe ,Na元素不是產生封面花斑的原因。

  只考慮MgO的變化因素,做兩個對比試驗:選用天津試劑廠生產的MgO(純度為分析純) 粉末,制備金屬化粉末,進行金屬化。去除原配方中的MgO進行金屬化。結論為:含有MgO的配方燒結后封面花斑依然存在,去除MgO的配方封面花斑消失。由此可以得出結論,產生封面花斑的直接原因為MgO。

2.2、封面凸起、露瓷、起皮

  經過試驗驗證,得出產生凸起的主要原因為:①粉末受潮,粘結劑與粉末難以混合均勻; ②燒結工藝升溫過快,導致粘結劑過快分解,產生氣泡,形成凸起; ③活化劑MgO容易結塊,導致粉末混合不均勻,燒結后產生凸起或起皮。

3、結果分析及解決辦法

  MgO 是產生封面花斑的直接原因: ①MgO 在膏劑制備過程中沒有充分混勻,導致MgO在燒結過程中玻璃相分散不均勻; ②MgO形成玻璃相的溫度較低,在濕氫的作用下,提高溫度或保溫時間延長,都會形成更多且粘度更小的玻璃相,擴散到金屬化層表面,形成封面花斑。

  解決辦法:延長MgO 的混磨時間,縮短金屬化燒結保溫時間,降低濕氫溫度。

  MgO 作為封面凸起的一個主要原因,是因為MgO 存放時間較長,并非真空包裝,吸收空氣中水分和CO2 發生反應生成堿式碳酸鎂,結成硬塊,難以磨細和混勻。再則MgO 的水化能力強,并隨粒度的減小而增大,進而結塊或形成粉團,改變配方成分及比例,同時手涂膏時困難,不易拉筆,特別是在潮濕的氣候下,還有可能使金屬化膏劑凍膠。

  解決辦法: ①減少MgO 的一次性訂貨量,縮短存放周期; ②使用無水乙醇濕磨Al2O3 ,SiO2 ,MgO按比例配好的混合粉, 過360 目篩后烘干, 增強MgO 的分散性; ③配制膏劑之前把金屬化粉末進行烘干,以防止膏劑團聚而不易混勻和膏劑凍膠。

4、總結

  MgO 作為中溫金屬化的常用活化劑,可以有效的降低金屬化燒結溫度,但其金屬化過程中存在以下問題:

  (1) MgO 易吸潮變質,導致金屬化配方比例不準,結塊難以磨細,且磨細后不宜長時間保存。

  (2) 配制的金屬化粉末也易吸潮團聚,導致膏劑難以混勻,絲印或手涂的金屬化封面質量問題較多,例如凸起、露瓷起皮等。

  (3) MgO 作為活化劑,對工藝的適應性較差,對工藝條件要求較高,且易出現封面花斑問題,影響金屬化層與鎳層的結合性,進而降低了封接抗拉強度。

  (4) 金屬化粉末制備過程較復雜,增加了制粉勞動量和工藝設備及容器,且金屬化粉末質量狀況不穩定,存在質量隱患。

  總之,在金屬化過程中宜減少MgO 的用量,如果使用,宜降低濕氫溫度及縮短高溫燒結區保溫時間,控制好制粉、配膏劑及燒結工藝方可獲得穩定的金屬化質量。