陶瓷 金属材料实用封接技术 第3版PDF电子书下载

第1章 陶瓷-金属封接工艺的分类、基本内容和主要方法 1

1.1陶瓷-金属封接工艺的分类 1

1.2陶瓷-金属封接工艺的基本内容 2

1.2.1液相工艺 2

1.2.2固相工艺 4

1.2.3气相工艺 5

1.3陶瓷-金属封接工艺的主要方法 5

第2章 真空电子器件用陶瓷-金属封接的主要材料和陶瓷超精密加工 7

2.1概述 7

2.2陶瓷材料 9

2.2.1 Al2 O3瓷 9

2.2.2 Be O瓷 17

2.2.3 BN瓷 24

2.2.4 AlN瓷 27

2.2.5 CVD金刚石薄膜 33

2.2.6高温瓷釉 34

2.3精细陶瓷的超精密加工 43

2.3.1概述 43

2.3.2陶瓷超精密机械加工的几种方法 43

2.3.3陶瓷超精密加工的关键 45

2.3.4结束语 46

2.4金属材料 46

2.4.1 W、 Mo金属 47

2.4.2可伐等定膨胀合金 48

2.4.3特种W、Mo合金 49

2.4.4无氧铜和弥散强化铜 52

2.4.5焊料 55

2.5功率电子器件常用高热导率的封接、封装材料 58

2.5.1概述 58

2.5.2陶瓷基高热导率的陶瓷材料 59

2.5.3金属基高热导率的合金和复合材料 63

第3章 陶瓷金属化及其封接工艺 66

3.1概述 66

3.1.1金属化粉及其配方 66

3.1.2金属化配膏和涂层 67

3.1.3金属化烧结工艺流程 67

3.1.4等静压陶瓷金属化 67

3.2 95%Al2O3瓷晶粒度对陶瓷强度和封接强度的影响 68

3.2.1概述 68

3.2.2陶瓷样品的制备 69

3.2.3晶粒度的测定 70

3.2.4 Mo粉颗粒度FMo-01 70

3.2.5金属化配方和规范 72

3.2.6不同晶粒度的陶瓷强度和对封接强度的影响 72

3.2.7讨论 73

3.2.8结论 75

3.3表面加工对陶瓷强度和封接强度的影响 76

3.3.1概述 76

3.3.2实验材料和方法 76

3.3.3实验结果 77

3.3.4讨论 81

3.3.5结论 84

3.4 95%Al2O3瓷中温金属化配方的经验设计 84

3.4.1概述 84

3.4.2金属化配方中活化剂的定性选择 85

3.4.3活化剂质量分数的定量原则 85

3.4.4讨论 87

3.4.5具体计算 87

3.4.6结论 88

3.5常用活化Mo-Mn法金属化时Mo的化学热力学计算 88

3.5.1概述 88

3.5.2化学热力学计算 89

3.5.3实验结果与讨论 91

3.5.4结论 92

3.6活化Mo-Mn法陶瓷-金属封接中玻璃相迁移方向的研究 93

3.6.1概述 93

3.6.2实验方法 93

3.6.3实验结果与讨论 94

3.6.4结束语 96

3.7活化Mo-Mn法陶瓷金属化时Mo表面的化学态——AES和XPS在封接机理上的应用 97

3.7.1概述 97

3.7.2实验程序 97

3.7.3表面分析和结果 99

3.7.4结论 102

3.8陶瓷低温金属化机理的研究 102

3.8.1概述 102

3.8.2实验方法和程序 103

3.8.3实验结果 104

3.8.4讨论 106

3.8.5结论 108

3.9电力电子器件用陶瓷-金属管壳 108

3.9.1概述 108

3.9.2管壳生产的工艺流程 108

3.9.3管壳用陶瓷零件 109

3.9.4管壳用金属零件 110

3.9.5陶瓷-金属封接结构 111

3.9.6国内和国外管壳生产的不同点和差距 111

3.10陶瓷金属化厚度及其均匀性 113

3.10.1概述 113

3.10.2活化Mo-Mn法金属化层厚度和过渡层的关系 114

3.10.3金属化层厚度和组分的均匀性 114

3.10.4手工笔涂法和丝网套印法的比较 115

3.10.5结论 115

3.11活化Mo-Mn法金属化机理——MnO·Al2O3物相的鉴定 116

3.11.1概述 116

3.11.2实验程序和方法 116

3.11.3结果和讨论 117

3.11.4结论 119

3.12封接强度和金属化强度 119

3.12.1概述 119

3.12.2实验程序 120

3.12.3实验结果 120

3.12.4讨论 121

3.12.5结论 121

3.13陶瓷-金属封接生产技术与气体介质 122

3.13.1应用 123

3.13.2讨论 125

3.13.3结论 125

3.14不锈钢-陶瓷封接技术 126

3.14.1常用封接不锈钢的分类和特点 127

3.14.2典型的几种不锈钢-陶瓷封接结构 128

3.14.3结论 130

3.15美国氧化铝瓷金属化标准及其技术要点 130

3.15.1 ASTM规范 131

3.15.2 Coors企业规范 133

3.15.3 Wesgo公司标准 134

3.15.4几点结论 134

3.16俄罗斯实用陶瓷-金属封接技术 135

3.16.1封接制造工艺流程 136

3.16.2陶瓷金属化膏剂组分和膏剂制备 136

3.16.3电镀工艺、装架和焊接规范 138

3.17陶瓷纳米金属化技术 141

3.17.1概述 141

3.17.2实验程序和方法 141

3.17.3实验结果 142

3.17.4讨论 144

3.17.5结论 146

3.18毫米波真空电子器件用陶瓷金属化技术 146

3.18.1概述 146

3.18.2金属化层的介电损耗 146

3.18.3组分和介电损耗的关系 147

3.18.4金属化层的烧结技术 147

3.18.5讨论 148

3.18.6结论 149

3.19陶瓷-金属封接结构和经验计算 149

3.19.1典型封接结构 149

3.19.2经验计算 150

3.19.3结论 152

3.20陶瓷-金属封接中的二次金属化和烧结Ni技术评估 152

3.20.1国内外镀Ni液的现状和发展 153

3.20.2等效烧结Ni层（包括Ni-P）对封接强度的影响 155

3.20.3结论 156

3.21陶瓷二次金属化的工艺改进 156

3.21.1材料、实验方法和结果 156

3.21.2讨论 158

3.21.3结论 159

3.22显微结构与陶瓷金属化 159

3.22.1概述 159

3.22.2目前管壳用电子陶瓷的体系和性能 161

3.22.3当前我国管壳陶瓷金属化技术状况 162

3.22.4结论 165

3.23陶瓷-金属封接技术的可靠性增长 165

3.23.1概述 165

3.23.2关于界面应力的评估 166

3.23.3关于陶瓷表面粗糙度 167

3.23.4结论 168

3.24陶瓷金属化玻璃相迁移全过程 168

3.24.1概述 168

3.24.2实验程序和方法 169

3.24.3讨论 171

3.24.4结论 172

3.25陶瓷-金属封接技术应用的新领域 172

3.25.1概述 172

3.25.2固体氧化物燃料电池 173

3.25.3惰性生物陶瓷的接合 174

3.25.4高工作温度、高气密性、多引线芯柱 176

3.25.5陶瓷-金属卤化物灯 176

3.26近期国外陶瓷-金属封接的技术进展 177

3.26.1实验报告 177

3.26.2分析报告 181

3.27二次金属化中的烧结Ni工艺 181

3.27.1应用背景 181

3.27.2烧结Ni的基本参数和工艺 182

3.27.3电镀Ni和烧结Ni、显微结构差异及Ni粉细化 182

3.28直接覆铜技术的研究进展 184

3.28.1 DBC技术原理和基本结构 184

3.28.2 DBC技术的特性 186

3.28.3工艺参数对DBC性能的影响 186

3.28.4结论 186

3.29陶瓷-金属封接质量和可靠性研究 187

3.29.1陶瓷-金属封接件的显微结构和断裂模式 187

3.29.2关于镀Ni层的影响 188

3.29.3关于“银泡”问题 189

3.29.4关于Cu封问题 190

3.30陶瓷金属化配方的设计原则 191

3.30.1活化剂玻璃相的膨胀系数 192

3.30.2活化剂玻璃相膨胀系数的计算 192

3.30.3实际计算和验证 193

3.30.4结论 193

3.31 Mo粉与陶瓷金属化技术 194

3.31.1 Mo粉制造的典型工艺和当前存在问题 194

3.31.2国内外金属化实用Mo粉体的平均粒径及其发展趋势 196

3.31.3业内常用Mo粉体平均粒径的测试方法和比较 198

3.31.4结论 198

3.32玻璃相与陶瓷金属化技术 199

3.32.1实验 199

3.32.2结果与讨论 202

3.32.3结论 204

3.33有机载体与陶瓷金属化技术 204

3.33.1浆料流变特性的响应和行为 204

3.33.2有机载体 206

3.33.3结论 207

3.34白宝石单晶及其金属化技术 207

3.34.1白宝石单晶的一般基本物化性能 208

3.34.2白宝石单晶的晶格类型和结构 208

3.34.3白宝石单晶的金属化技术 209

3.34.4结论 212

3.35氮化硅陶瓷及其与金属的接合技术 212

3.35.1陶瓷 212

3.35.2接合 213

3.35.3结果与讨论 215

3.35.4结论 217

3.36氮化铝陶瓷烧结和显微结构 217

3.36.1实验方法 218

3.36.2结果和讨论 219

3.36.3结论 220

3.37 AI N粉体与颗粒 220

3.37.1概述 220

3.37.2陶瓷粉体的重要性、性能要求和主要制备方法 221

3.37.3国内外几家出产AlN粉体的性能对比 222

3.37.4结论 222

第4章 活性法陶瓷-金属封装 223

4.1概述 223

4.2 95%Al2O3瓷Ti-Ag-Cu活性金属法化学反应封接机理的探讨 224

4.2.1化学反应的热力学计算 224

4.2.2热力学计算修正项的引入 225

4.2.3真空度对化学反应的影响 226

4.2.4封接温度对化学反应的影响 226

4.2.5 Ti-Ag-Cu活性法封接机理模式的设想 226

4.3提高活性法封接强度和可靠性的一种新途径 227

4.3.1概述 227

4.3.2实验方法和结果 227

4.3.3讨论 228

4.3.4结论 231

4.4 Ti-Ag-Cu活性合金焊料的新进展 231

4.4.1概述 231

4.4.2 Wesgo产品 231

4.4.3北京有色金属研究总院产品 232

4.4.4结论 233

4.5 ZrO2陶瓷-金属活性法封接技术的研究 233

4.5.1概述 233

4.5.2实验程序和方法 233

4.5.3实验结果和讨论 234

4.5.4结论 235

4.6活性法氮化硼陶瓷和金属的封接技术 235

4.6.1概述 235

4.6.2实验方法和结果 237

4.7活性封接的二次开发 237

4.8氮化铝陶瓷的浸润性和封接技术 238

4.8.1概述 238

4.8.2 AlN陶瓷的浸润特性 239

4.8.3 AlN陶瓷的金属化工艺 239

4.8.4 AlN陶瓷的气密封接 242

4.8.5结束语 242

4.9 AIN陶瓷的气密接合 242

4.9.1概述 242

4.9.2实验程序和方法 243

4.9.3实验结果和讨论 243

4.9.4结论 245

4.10金刚石膜的封接工艺 245

4.10.1厚膜法 245

4.10.2薄膜法 246

4.11非氧化物陶瓷-金属接合及其机理 246

4.11.1非氧化物陶瓷-金属接合方法的分类 246

4.11.2非氧化物陶瓷的金属化 246

4.11.3非氧化物陶瓷的接合 247

4.11.4化学反应和接合机理 248

4.11.5结论 249

第5章 玻璃焊料封接 250

5.1概述 250

5.1.1封接温度 250

5.1.2线膨胀系数 251

5.1.3浸润特性 251

5.2易熔玻璃焊料 252

5.2.1玻璃态易熔玻璃焊料 252

5.2.2混合型易熔玻璃焊料 253

5.3高压钠灯用玻璃焊料 254

5.3.1概述 254

5.3.2常用玻璃焊料系统组成和性能 254

5.3.3玻璃焊料的制备工艺 256

5.3.4关于玻璃焊料的析晶 256

5.4微波管用玻璃焊料 256

第6章 气相沉积金属化工艺 259

6.1概述 259

6.2蒸镀金属化 260

6.2.1蒸镀钛 260

6.2.2蒸镀钼 260

6.3溅射金属化 261

6.4离子镀金属化 262

6.5三种常用PVD方法的特点比较 263

第7章 陶瓷-金属封接结构 264

7.1封接结构的设计原则 264

7.2封接结构的分类和主要尺寸参数 265

7.2.1结构材料和焊料 265

7.2.2封接结构分类 265

7.3常用封接结构的典型实例 268

7.3.1合理和不合理封接结构的对比 268

7.3.2针封结构封接 269

7.3.3挠性结构封接 271

7.3.4特殊结构封接 271

7.3.5焊料的放置 272

第8章 陶瓷-金属封接生产过程常见废品及其克服方法 274

8.1金属化层的缺陷 274

8.2金属化过程中瓷件的缺陷 274

8.3镀镍层的缺陷 275

8.4封口处产生“银泡”和瓷件“光板” 275

8.5钛-银-铜活性法漏气和瓷件表面污染 276

8.6瓷釉的缺陷及其克服方法 276

第9章 陶瓷-金属封接的性能测试和显微结构分析 278

9.1概述 278

9.2封接强度的测量 279

9.2.1基本的封接强度测试方法 279

9.2.2实用的封接强度测试方法 282

9.2.3真空开关管管壳封接强度的测量 284

9.3气体露点的测量 285

9.3.1露点法 285

9.3.2电解法 287

9.3.3温度计法——硫酸露点计 289

9.4显微结构分析 290

9.4.1概述 290

9.4.2光片的制备方法 291

9.4.3封接界面的分析 293

第10章 国内外常用金属化配方 294

10.1我国常用金属化配方 294

10.2欧洲、美国、日本等常用金属化配方 294

10.3俄罗斯常用金属化配方 296

附录 298

附表1电子元器件结构陶瓷材料（国家标准） 298

附表2 Al2O3陶瓷的全性能和可靠性 300

附图1 CaO-Al2O3-SiO2相图 307

附图2 MgO-Al2O3-SiO2系平衡状态图 308

附图3 CaO-Al2O3-MgO部分相图 308

附图4 CaO-MgO-SiO2相图 309

附图5 Mg2SiO4-CaAl2Si2O8-SiO2假三元系统相图 310

附图6金属和陶瓷的线（膨）胀系数比较（0～100℃） 310

附图7氢气中金属与其金属氧化物的平衡曲线 311

附图8 Ag-Cu-Ni相图 311

附图9在陶瓷零件上涂敷金属化膏的各种方法简图 312

附图10 Cu-Ni相图 312

附图11 Ag-Cu相图 313

附图12 Au-Cu相图 313

附图13Au-Ni相图 313

附图14 Pd-Ag-Cu相图 313

附图15 Pd-Ag相图 314

附图16 Pd-Cu相图 314

参考文献 316