陶瓷·金屬材料實用封接技術

《陶瓷·金屬材料實用封接技術》，高隴橋 著，出版社： 化學工業出版社。

化學工業出版社（簡稱化工社）組建於1953年1月，經過近60年的發展，化工社現已成為專業特色突出、品牌優勢明顯、圖書市場占有率較高、有良好知名度和信譽度的中央級綜合科技出版社。

目錄

內容簡介

本書為作者歷經50多年的生產實踐和研究試驗的總結，除對陶瓷金屬封接技術敘述外，對常用封接（包括陶瓷、金屬結構材料、焊料），以及相關工藝（例如高溫瓷釉製造、陶瓷精密加工等）也進行了介紹。書中特別敘述了不同封接工藝的封接機理，強調了當今金屬化配方的特點和玻璃相遷移方向的變化以及與可靠性的關係，介紹了許多常用的國內外金屬化配方和工藝。本次新修訂第三版補充了大量近年來本領域材料和工藝等取得的更新成果和技術，以資同行參考。

本書適用於真空電子器件、微電子器件、激光與電光源、原子能和高能物理、宇航工業、化工、測量儀表、航天設備、真空或電氣裝置、家用電器等領域中，並適合各種無機介質與金屬進行高強度、高氣密封接的科研、生產部門的工程技術人員閱讀使用，也可作為大專院校有關專業師生的參考書。

目錄

第1章陶瓷-金屬封接工藝的分類、基本內容和主要方法

1.1陶瓷-金屬封接工藝的分類1

1.2陶瓷-金屬封接工藝的基本內容2

1.2.1液相工藝2

1.2.2固相工藝4

1.2.3氣相工藝5

1.3陶瓷-金屬封接工藝的主要方法5

第2章真空電子器件用陶瓷-金屬封接的主要材料和陶瓷超精密加工

2.1概述7

2.2陶瓷材料9

2.2.1Al2O3瓷9

2.2.2BeO瓷17

2.2.3BN瓷24

2.2.4AlN瓷27

2.2.5CVD金剛石薄膜33

2.2.6高溫瓷釉34

2.3精細陶瓷的超精密加工43

2.3.1概述43

2.3.2陶瓷超精密機械加工的幾種方法43

2.3.3陶瓷超精密加工的關鍵45

2.3.4結束語46

2.4金屬材料46

2.4.1W、Mo金屬47

2.4.2可伐等定膨脹合金48

2.4.3特種W、Mo合金49

2.4.4無氧銅和彌散強化銅52

2.4.5焊料55

2.5功率電子器件常用高熱導率的封接、封裝材料58

2.5.1概述58

2.5.2陶瓷基高熱導率的陶瓷材料59

2.5.3金屬基高熱導率的合金和複合材料63

第3章陶瓷金屬化及其封接工藝

3.1概述66

3.1.1金屬化粉及其配方66

3.1.2金屬化配膏和塗層67

3.1.3金屬化燒結工藝流程67

3.1.4等靜壓陶瓷金屬化67

3.295%Al2O3瓷晶粒度對陶瓷強度和封接強度的影響68

3.2.1概述68

3.2.2陶瓷樣品的製備69

3.2.3晶粒度的測定70

3.2.4Mo粉顆粒度FMo-0170

3.2.5金屬化配方和規範72

3.2.6不同晶粒度的陶瓷強度和對封接強度的影響72

3.2.7討論73

3.2.8結論75

3.3表面加工對陶瓷強度和封接強度的影響76

3.3.1概述76

3.3.2實驗材料和方法76

3.3.3實驗結果77

3.3.4討論81

3.3.5結論84

3.495%Al2O3瓷中溫金屬化配方的經驗設計84

3.4.1概述84

3.4.2金屬化配方中活化劑的定性選擇85

3.4.3活化劑質量分數的定量原則85

3.4.4討論87

3.4.5具體計算87

3.4.6結論88

3.5常用活化Mo-Mn法金屬化時Mo的化學熱力學計算88

3.5.1概述88

3.5.2化學熱力學計算89

3.5.3實驗結果與討論91

3.5.4結論92

3.6活化Mo-Mn法陶瓷-金屬封接中玻璃相遷移方向的研究93

3.6.1概述93

3.6.2實驗方法93

3.6.3實驗結果與討論94

3.6.4結束語96

3.7活化Mo-Mn法陶瓷金屬化時Mo表面的化學態——AES和XPS在封接機理上的應用97

3.7.1概述97

3.7.2實驗程序97

3.7.3表面分析和結果99

3.7.4結論102

3.8陶瓷低溫金屬化機理的研究102

3.8.1概述102

3.8.2實驗方法和程序103

3.8.3實驗結果104

3.8.4討論106

3.8.5結論108

3.9電力電子器件用陶瓷-金屬管殼108

3.9.1概述108

3.9.2管殼生產的工藝流程108

3.9.3管殼用陶瓷零件109

3.9.4管殼用金屬零件110

3.9.5陶瓷-金屬封接結構111

3.9.6國內和國外管殼生產的不同點和差距111

3.10陶瓷金屬化厚度及其均勻性113

3.10.1概述113

3.10.2活化Mo-Mn法金屬化層厚度和過渡層的關係114

3.10.3金屬化層厚度和組分的均勻性114

3.10.4手工筆塗法和絲網套印法的比較115

3.10.5結論115

3.11活化Mo-Mn法金屬化機理——MnO·Al2O3物相的鑑定116

3.11.1概述116

3.11.2實驗程序和方法116

3.11.3結果和討論117

3.11.4結論119

3.12封接強度和金屬化強度119

3.12.1概述119

3.12.2實驗程序120

3.12.3實驗結果120

3.12.4討論121

3.12.5結論121

3.13陶瓷-金屬封接生產技術與氣體介質122

3.13.1應用123

3.13.2討論125

3.13.3結論125

3.14不鏽鋼-陶瓷封接技術126

3.14.1常用封接不鏽鋼的分類和特點127

3.14.2典型的幾種不鏽鋼-陶瓷封接結構128

3.14.3結論130

3.15美國氧化鋁瓷金屬化標準及其技術要點130

3.15.1ASTM規範131

3.15.2Coors企業規範133

3.15.3Wesgo公司標準134

3.15.4幾點結論134

3.16俄羅斯實用陶瓷-金屬封接技術135

3.16.1封接製造工藝流程136

3.16.2陶瓷金屬化膏劑組分和膏劑製備136

3.16.3電鍍工藝、裝架和焊接規範138

3.17陶瓷納米金屬化技術141

3.17.1概述141

3.17.2實驗程序和方法141

3.17.3實驗結果142

3.17.4討論144

3.17.5結論146

3.18毫米波真空電子器件用陶瓷金屬化技術146

3.18.1概述146

3.18.2金屬化層的介電損耗146

3.18.3組分和介電損耗的關係147

3.18.4金屬化層的燒結技術147

3.18.5討論148

3.18.6結論149

3.19陶瓷-金屬封接結構和經驗計算149

3.19.1典型封接結構149

3.19.2經驗計算150

3.19.3結論152

3.20陶瓷-金屬封接中的二次金屬化和燒結Ni技術評估152

3.20.1國內外鍍Ni液的現狀和發展153

3.20.2等效燒結Ni層(包括Ni-P)對封接強度的影響155

3.20.3結論156

3.21陶瓷二次金屬化的工藝改進156

3.21.1材料、實驗方法和結果156

3.21.2討論158

3.21.3結論159

3.22顯微結構與陶瓷金屬化159

3.22.1概述159

3.22.2目前管殼用電子陶瓷的體系和性能161

3.22.3當前我國管殼陶瓷金屬化技術狀況162

3.22.4結論165

3.23陶瓷-金屬封接技術的可靠性增長165

3.23.1概述165

3.23.2關於界面應力的評估166

3.23.3關於陶瓷表面粗糙度167

3.23.4結論168

3.24陶瓷金屬化玻璃相遷移全過程168

3.24.1概述168

3.24.2實驗程序和方法169

3.24.3討論171

3.24.4結論172

3.25陶瓷-金屬封接技術應用的新領域172

3.25.1概述172

3.25.2固體氧化物燃料電池173

3.25.3惰性生物陶瓷的接合174

3.25.4高工作溫度、高氣密性、多引線芯柱176

3.25.5陶瓷-金屬鹵化物燈176

3.26近期國外陶瓷-金屬封接的技術進展177

3.26.1實驗報告177

3.26.2分析報告181

3.27二次金屬化中的燒結Ni工藝181

3.27.1應用背景181

3.27.2燒結Ni的基本參數和工藝182

3.27.3電鍍Ni和燒結Ni、顯微結構差異及Ni粉細化182

3.28直接覆銅技術的研究進展184

3.28.1DBC技術原理和基本結構184

3.28.2DBC技術的特性186

3.28.3工藝參數對DBC性能的影響186

3.28.4結論186

3.29陶瓷-金屬封接質量和可靠性研究187

3.29.1陶瓷-金屬封接件的顯微結構和斷裂模式187

3.29.2關於鍍Ni層的影響188

3.29.3關於「銀泡」問題189

3.29.4關於Cu封問題190

3.30陶瓷金屬化配方的設計原則191

3.30.1活化劑玻璃相的膨脹係數192

3.30.2活化劑玻璃相膨脹係數的計算192

3.30.3實際計算和驗證193

3.30.4結論193

3.31Mo粉與陶瓷金屬化技術194

3.31.1Mo粉製造的典型工藝和當前存在問題194

3.31.2國內外金屬化實用Mo粉體的平均粒徑及其發展趨勢196

3.31.3業內常用Mo粉體平均粒徑的測試方法和比較198

3.31.4結論198

3.32玻璃相與陶瓷金屬化技術199

3.32.1實驗199

3.32.2結果與討論202

3.32.3結論204

3.33有機載體與陶瓷金屬化技術204

3.33.1漿料流變特性的響應和行為204

3.33.2有機載體206

3.33.3結論207

3.34白寶石單晶及其金屬化技術207

3.34.1白寶石單晶的一般基本物化性能208

3.34.2白寶石單晶的晶格類型和結構208

3.34.3白寶石單晶的金屬化技術209

3.34.4結論212

3.35氮化硅陶瓷及其與金屬的接合技術212

3.35.1陶瓷212

3.35.2接合213

3.35.3結果與討論215

3.35.4結論217

3.36氮化鋁陶瓷燒結和顯微結構217

3.36.1實驗方法218

3.36.2結果和討論219

3.36.3結論220

3.37AlN粉體與顆粒220

3.37.1概述220

3.37.2陶瓷粉體的重要性、性能要求和主要製備方法221

3.37.3國內外幾家出產AlN粉體的性能對比222

3.37.4結論222

第4章活性法陶瓷-金屬封裝

4.1概述223

4.295%Al2O3瓷Ti-Ag-Cu活性金屬法化學反應封接機理的探討224

4.2.1化學反應的熱力學計算224

4.2.2熱力學計算修正項的引入225

4.2.3真空度對化學反應的影響226

4.2.4封接溫度對化學反應的影響226

4.2.5Ti-Ag-Cu活性法封接機理模式的設想226

4.3提高活性法封接強度和可靠性的一種新途徑227

4.3.1概述227

4.3.2實驗方法和結果227

4.3.3討論228

4.3.4結論231

4.4Ti-Ag-Cu活性合金焊料的新進展231

4.4.1概述231

4.4.2Wesgo產品231

4.4.3北京有色金屬研究總院產品232

4.4.4結論233

4.5ZrO2陶瓷-金屬活性法封接技術的研究233

4.5.1概述233

4.5.2實驗程序和方法233

4.5.3實驗結果和討論234

4.5.4結論235

4.6活性法氮化硼陶瓷和金屬的封接技術235

4.6.1概述235

4.6.2實驗方法和結果237

4.7活性封接的二次開發237

4.8氮化鋁陶瓷的浸潤性和封接技術238

4.8.1概述238

4.8.2AlN陶瓷的浸潤特性239

4.8.3AlN陶瓷的金屬化工藝239

4.8.4AlN陶瓷的氣密封接242

4.8.5結束語242

4.9AlN陶瓷的氣密接合242

4.9.1概述242

4.9.2實驗程序和方法243

4.9.3實驗結果和討論243

4.9.4結論245

4.10金剛石膜的封接工藝245

4.10.1厚膜法245

4.10.2薄膜法246

4.11非氧化物陶瓷-金屬接合及其機理246

4.11.1非氧化物陶瓷-金屬接合方法的分類246

4.11.2非氧化物陶瓷的金屬化246

4.11.3非氧化物陶瓷的接合247

4.11.4化學反應和接合機理248

4.11.5結論249

第5章玻璃焊料封接

5.1概述250

5.1.1封接溫度250

5.1.2線膨脹係數251

5.1.3浸潤特性251

5.2易熔玻璃焊料252

5.2.1玻璃態易熔玻璃焊料252

5.2.2混合型易熔玻璃焊料253

5.3高壓鈉燈用玻璃焊料254

5.3.1概述254

5.3.2常用玻璃焊料系統組成和性能254

5.3.3玻璃焊料的製備工藝256

5.3.4關於玻璃焊料的析晶256

5.4微波管用玻璃焊料256

第6章氣相沉積金屬化工藝

6.1概述259

6.2蒸鍍金屬化260

6.2.1蒸鍍鈦260

6.2.2蒸鍍鉬260

6.3濺射金屬化261

6.4離子鍍金屬化262

6.5三種常用PVD方法的特點比較263

第7章陶瓷-金屬封接結構

7.1封接結構的設計原則264

7.2封接結構的分類和主要尺寸參數265

7.2.1結構材料和焊料265

7.2.2封接結構分類265

7.3常用封接結構的典型實例268

7.3.1合理和不合理封接結構的對比268

7.3.2針封結構封接269

7.3.3撓性結構封接271

7.3.4特殊結構封接271

7.3.5焊料的放置272

第8章陶瓷-金屬封接生產過程常見廢品及其克服方法

8.1金屬化層的缺陷274

8.2金屬化過程中瓷件的缺陷274

8.3鍍鎳層的缺陷275

8.4封口處產生「銀泡」和瓷件「光板」275

8.5鈦-銀-銅活性法漏氣和瓷件表面污染276

8.6瓷釉的缺陷及其克服方法276

第9章陶瓷-金屬封接的性能測試和顯微結構分析

9.1概述278

9.2封接強度的測量279

9.2.1基本的封接強度測試方法279

9.2.2實用的封接強度測試方法282

9.2.3真空開關管管殼封接強度的測量284

9.3氣體露點的測量285

9.3.1露點法285

9.3.2電解法287

9.3.3溫度計法——硫酸露點計289

9.4顯微結構分析290

9.4.1概述290

9.4.2光片的製備方法291

9.4.3封接界面的分析293

第10章國內外常用金屬化配方

10.1我國常用金屬化配方294

10.2歐洲、美國、日本等常用金屬化配方294

10.3俄羅斯常用金屬化配方296

附錄

附表1電子元器件結構陶瓷材料(國家標準)298

附表2Al2O3陶瓷的全性能和可靠性300

附圖1CaO-Al2O3-SiO2相圖307

附圖2MgO-Al2O3-SiO2系平衡狀態圖308

附圖3CaO-Al2O3-MgO部分相圖308

附圖4CaO-MgO-SiO2相圖309

附圖5Mg2SiO４-CaAl2Si2O8-SiO2假三元系統相圖310

附圖6金屬和陶瓷的線(膨)脹係數比較(0～100℃)310

附圖7氫氣中金屬與其金屬氧化物的平衡曲線311

附圖8Ag-Cu-Ni相圖311

附圖9在陶瓷零件上塗敷金屬化膏的各種方法簡圖312

附圖10Cu-Ni相圖312

附圖11Ag-Cu相圖313

附圖12Au-Cu相圖313

附圖13Au-Ni相圖313

附圖14Pd-Ag-Cu相圖313

附圖15Pd-Ag相圖314

附圖16Pd-Cu相圖314

參考文獻316