DC relej Metalizirano zavareno keramičko kućište: Osnovna tehnologija hermetičkog pakiranja releja

Metalizirano zavareno keramičko kućište DC releja služi kao kritična izolacijska i hermetička komponenta za brtvljenje za visokonaponske DC releje. Koristi keramičku metalizaciju i keramičko-metalno lemljenje za stvaranje potpuno zatvorene šupljine za gašenje luka, izoliranje unutarnjih kontaktnih sustava od vlage, prašine i vanjskog okruženja. Ovo rješenje rješava uska grla plastičnih kućišta pod visokim naponom i cikličkim promjenama visoke temperature, a naširoko je prihvaćeno u pohranjivanju energije, odspajanju baterija za električna vozila i sustavima distribucije istosmjerne struje.

Keramika i metali imaju znatno različita fizikalna svojstva. Keramika je anorganski nemetalni materijal s izvanrednom izolacijom i toplinskom stabilnošću, dok metal pruža izvrsnu električnu vodljivost i duktilnost. Kako bi se spojile njihove snage za kućište keramičkog vakuumskog releja od Al2O3 aluminijevog oksida, metalizacija keramike postaje neizostavan korak predtretmana. Proces taloži čvrsto spojeni metalni tanki film na keramičke površine, čineći keramiku zavarljivom za naknadno lemljenje s metalnim prstenovima ili završnim kapicama. Kvaliteta metalizacije izravno određuje zrakonepropusnost i dugotrajnu pouzdanost gotovog kućišta releja.

Spajanje keramike i metala za metaliziranu keramiku od glinice za električne releje donosi nekoliko inherentnih izazova za materijale.

• Neusklađeni koeficijent toplinske ekspanzije. Keramika ima malo toplinsko širenje dok se metali mnogo više šire pod toplinom, što lako izaziva pukotine na brtvenim spojevima. Inženjeri moraju pažljivo upravljati toplinskim stresom putem usklađenih međuslojeva metala.
• Niska toplinska vodljivost i slaba otpornost keramike na toplinski udar. Tijekom lemljenja, gradijenti temperature oko zone zavarivanja moraju biti minimalizirani, uz kontrolirane stope hlađenja nakon spajanja.
• Većina keramike je nevodljiva, što isključuje konvencionalne metode električnog zavarivanja. Keramička metalizacija ili aktivno lemljenje metalom potrebna je za stvaranje pouzdanog spoja za spajanje.
• Stabilna elektronska koordinacija unutar keramičkih molekula stvara visoke barijere za izravno spajanje keramike i metala. Modifikacija površine je obavezna prije zavarivanja.
• Keramika je kovalentni kristalni materijal s ograničenom plastičnom deformacijom. Na zglobovima se često javlja krhki lom. Srednji međuslojevi i neizravno difuzijsko zavarivanje obično se primjenjuju za nižu temperaturu spajanja.
• Za kućišta releja potrebne su specijalizirane brtvene strukture, kategorizirane kao ravna brtva, čahurna brtva, klinasta brtva i čeona brtva. Brtvljenje rukavca pruža najbolju izvedbu, uz stroge proizvodne zahtjeve za sve vrste spojeva.

Mehanizam metalizacije složena je kombinacija fizičke difuzije i kemijskih reakcija, uključujući plastično strujanje i preraspodjelu čestica. Oksidne komponente unutar metalizacijske paste reagiraju i difundiraju u različitim fazama sinteriranja. Kako temperatura raste, sirovine stvaraju intermedijarne spojeve i pretvaraju se u fazu tekućeg stakla na eutektičkoj temperaturi. Faza viskoznog stakla stvara plastični protok; čestice se preuređuju pod djelovanjem kapilarne sile. Potaknuti površinskom energijom, atomi se raspršuju i zrnca rastu, pore se skupljaju i nestaju, konačno formirajući gusti metalizirani sloj za keramičke komponente visoke preciznosti od glinice.

1. Predobrada podloge. Poliranje sinteriranih keramičkih uzoraka do optičke glatkoće dijamantnom abrazivnom pastom, kontroliranje hrapavosti površine Manje od ili jednako 1,6 μm. Ultrazvučno čišćenje u acetonu i alkoholu na sobnoj temperaturi 20 minuta.
2. Priprema mulja za metalizaciju. Izvažite sirovine u skladu s formulacijom, zatim mlin s kuglicama za pripremu kaše s ciljanom viskoznošću.
3. Premazivanje i sušenje. Sitotisak metalizirajuće smjese ravnomjerno na keramičkim podlogama. Debljina kaše zahtijeva preciznu kontrolu: prerijetka dopušta punilu za lemljenje da prodre u metalizirani sloj, dok prevelika debljina sprječava migraciju elemenata. Premazani dijelovi se suše u pećnici.
4. Toplinska obrada. Radni komadi osušeni sinterom u redukcijskoj atmosferi kako bi se formirao spojeni metalizirani sloj.

Metoda Mo-Mn

Mo-Mn metalizacija koristi vatrostalni prah molibdena pomiješan s prahom mangana, obložen na Al₂O₃ keramiku i sinteriran kako bi se formirao metalni sloj. Tradicionalni Mo-Mn proces zahtijeva visoke temperature sinteriranja i troši više energije; bez aktivatora, čvrstoća brtvljenja ostaje relativno niska.

Aktivirana Mo-Mn metoda

Aktivirani Mo-Mn optimiziran je iz klasične Mo-Mn rute. Preinake uključuju dodavanje aktivatora ili zamjenu metalnog praha s molibden/manganovim oksidima ili solima, s ciljem smanjenja temperature sinteriranja. Iako je proces kompliciran i skup, stvara snažno spajanje i poboljšava učinak vlaženja. To je i dalje najzrelije i široko prihvaćeno rješenje metalizacije za pakiranje hermetičkih releja.

Aktivno lemljenje metala

Aktivno lemljenje metalom naširoko se koristi za brtvljenje keramike i metala. U usporedbi s Mo-Mn tehnologijom, razvijena je otprilike 10 godina kasnije. Cijeli spoj keramike i metala može se dovršiti unutar jednog ciklusa grijanja. Legura za lemljenje sadrži aktivne elemente kao što su Ti, Zr, Hf i Ta. Ovi aktivni elementi reagiraju s aluminij keramikom i formiraju metalne reakcijske slojeve na sučelju. Ovaj proces je jednostavniji i isplativiji za masovnu proizvodnju. Njegovo ograničenje leži u ograničenom izboru materijala za lemljenje, što ga čini prikladnijim za velike dijelove ili serije male količine umjesto kontinuirane proizvodnje velikom brzinom.

Izravno vezani bakar (DBC)

DBC lijepi bakrenu foliju izravno na keramičke podloge, uglavnom Al₂O₃ i AlN. Razvijen zajedno s pakiranjem COB čipova, DBC uvodi kisik između bakra i keramike. Na 1065~1083 stupnja, Cu-O eutektička tekućina se formira i reagira s keramičkom i bakrenom folijom, generirajući CuAlO₂ ili Cu(AlO₂)₂ faze kako bi se postigla čvrsta veza.

Magnetronsko raspršivanje

Magnetronsko raspršivanje je tehnika fizičkog taloženja iz pare koja taloži višeslojne metalne filmove na keramičke podloge. Omogućuje snažno prianjanje, nisku kontaminaciju i kontroliranu strukturu zrna za visokokvalitetne tanke metalne premaze. Dobiveni metalizirani film je ultra tanak i održava strogu toleranciju dimenzija. Međutim, ne može se primijeniti na keramiku osjetljivu na toplinu poput piezoelektrične keramike ili monokristalnih materijala.

1. Formulacija za metalizaciju. Dizajn formulacije postavlja temelje za kvalificirane slojeve metalizacije.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 stupnjeva), visoka temperatura (1450~1600 stupnjeva), srednja temperatura (1300~1450 stupnjeva) i niska temperatura (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Mikrostruktura metalizacijskog sloja. Mikrostruktura metalizacije određuje konačnu učinkovitost brtvljenja. Visokokvalitetni metalizirani premaz je gust s jakim prianjanjem. Jasna slojevita struktura bez kontinuiranih krhkih intermetalnih spojeva smanjuje širenje pukotina i rizik od prodiranja lemljenja.

Ostali čimbenici utjecaja uključuju veličinu i gradaciju čestica praha. Fini prah sklon je nakupljanju i uništavanju jednolikosti premaza. Previše grubi prah povećava temperaturu sinteriranja i smanjuje kvalitetu. Tehnika prevlačenja i debljina prevlake također značajno utječu na rezultate metalizacije.

Metalizirana aluminijeva relejna keramika ovisi o tehnologiji zrele keramičke metalizacije i tvrdog lemljenja kako bi se postiglo pouzdano hermetičko pakiranje. Usklađivanje naprezanja materijala, formulacija metalizacije i parametri sinteriranja osnovne su varijable koje određuju izolaciju, brzinu curenja helija i životni vijek za visokonaponske istosmjerne releje. Kako se tržišta za pohranu energije i električna vozila šire, precizna tehnologija brtvljenja keramike i metala nastavlja se razvijati kako bi zadovoljila zahtjeve višeg napona, minijaturizacije i dugog vijeka trajanja za komponente releja snage.

Obratite se našem inženjerskom timu sada radi provjere prototipa i skupne ponudeDC relej Metalizirano zavareno keramičko kućište, potpomognut našim vlastitim proizvodnim linijama za metalizaciju keramike i hermetičko zavarivanje.