ДЦ релеј метализовано заварено керамичко кућиште: основна технологија херметичког паковања релеја

Метализовано заварено керамичко кућиште ДЦ релеја служи као критична изолациона и херметички заптивна компонента за високонапонске ДЦ релеје. Користи метализацију керамике и керамичко-метално лемљење за стварање потпуно затворене шупљине за гашење лука, изолујући унутрашње контактне системе од влаге, прашине и спољашњег окружења. Ово решење решава уска грла пластичних кућишта под високим напоном и високим температурама, и широко је прихваћено у складиштењу енергије, искључивању батерија ЕВ-а и системима за дистрибуцију једносмерне струје.

Керамика и метали имају веома различита физичка својства. Керамика је неоргански неметални материјал са изванредном изолацијом и термичком стабилношћу, док метал пружа одличну електричну проводљивост и дуктилност. Да би се комбиновале њихове снаге за Ал2О3 алуминијумско керамичко кућиште вакуумског релеја, метализација керамике постаје незаменљив корак пре третмана. Процес наноси чврсто везан метални танак филм на керамичке површине, чинећи керамику заварљивом за накнадно лемљење са металним прстеновима или завршним поклопцима. Квалитет метализације директно одређује непропусност ваздуха и дугорочну поузданост готовог кућишта релеја.

Спајање керамике и метала за метализовану керамику од алуминијума за електричне релеје доноси неколико инхерентних изазова материјала.

• Неусклађен коефицијент топлотног ширења. Керамика има ниско термичко ширење, док се метали много више шире под топлотом, што лако изазива пукотине на заптивним спојевима. Инжењери морају пажљиво управљати термичким стресом преко одговарајућих међуслојева метала.
• Ниска топлотна проводљивост и слаба отпорност на термички удар керамике. Током лемљења, температурни градијенти око зоне завара морају бити сведени на минимум, са контролисаним брзинама хлађења након спајања.
• Већина керамике је непроводна, што искључује конвенционалне методе електричног заваривања. Метализација керамике или активно лемљење метала је неопходна да би се створио поуздан интерфејс за спајање.
• Стабилна електронска координација унутар керамичких молекула ствара високе баријере за директно везивање керамике и метала. Површинска модификација је обавезна пре заваривања.
• Керамика је ковалентни кристални материјал са ограниченом пластичном деформацијом. Крхки преломи се често јављају на зглобовима. Средњи тампон слојеви и индиректно дифузионо заваривање се обично примењују на нижим температурама спајања.
• Потребне су специјализоване заптивне структуре за кућишта релеја, категорисана као равна заптивка, заптивка за рукаве, заптивка на ивици и заптивка. Заптивање рукава даје најбоље перформансе, уз строге производне захтеве за све типове спојева.

Механизам метализације је сложена комбинација физичке дифузије и хемијских реакција, укључујући пластични проток и преуређење честица. Оксидне компоненте унутар пасте за метализацију реагују и дифундују у различитим фазама синтеровања. Како температура расте, сировине формирају интермедијарна једињења и прелазе у фазу течног стакла на еутектичкој температури. Вискозна стаклена фаза ствара пластични проток; честице се преуређују под капиларном силом. Вођени површинском енергијом, атоми се дифузују и зрна расту, поре се скупљају и нестају, коначно формирајући густи метализовани слој за високо прецизне керамичке компоненте алуминијума.

1. Предобрада подлоге. Полирање синтерованих керамичких бланкова до оптичке глаткоће дијамантском абразивном пастом, контрола храпавости површине мања или једнака 1,6 μм. Ултразвучно чишћење у ацетону и алкохолу на собној температури 20 минута.
2. Припрема суспензије за метализацију. Измерити сировине према формулацији, а затим млин са куглицама да би се припремио каша са циљаним вискозитетом.
3. Премазивање и сушење. Сито штампа метализација суспензија равномерно на керамичким подлогама. Дебљина суспензије захтева прецизну контролу: превише танка омогућава продирању пунила за лемљење у метализовани слој, док превелика дебљина омета миграцију елемената. Обложени делови се суше у пећници.
4. Термичка обрада. Синтер сушени радни предмети у редукционој атмосфери да би се формирао везани метализовани слој.

Мо-Мн метода

Мо-Мн метализација користи ватростални прах молибдена помешан са прахом мангана, обложен на Ал₂О₃ керамику и синтерован да би се формирао метални слој. Традиционални Мо-Мн процес захтева високе температуре синтеровања и троши више енергије; без активатора, чврстоћа заптивања остаје релативно ниска.

Активирана метода Мо-Мн

Активирани Мо-Мн је оптимизован са класичне Мо-Мн руте. Модификације укључују додавање активатора или замену металног праха са молибден/манган оксидима или солима, у циљу смањења температуре синтеровања. Иако је процес компликован и скуп, он ствара снажно везивање и побољшава перформансе влажења. Остаје најзрелије и најшире прихваћено решење за метализацију за херметичко релејно паковање.

Активно лемљење метала

Активно лемљење метала се широко користи за заптивање метала и керамике. У поређењу са Мо-Мн технологијом, развијена је отприлике 10 година касније. Цео спој керамике и метала може се завршити у једном циклусу грејања. Легура лемљења садржи активне елементе као што су Ти, Зр, Хф и Та. Ови активни елементи реагују са глиницом керамиком и формирају металне реакционе слојеве на интерфејсу. Овај процес је једноставнији и исплативији за масовну производњу. Његово ограничење лежи у ограниченом избору материјала за лемљење, што га чини погоднијим за велике делове или серије мале количине уместо за континуирану производњу великом брзином.

Директно везани бакар (ДБЦ)

ДБЦ везује бакарну фолију директно на керамичке подлоге, углавном Ал₂О₃ и АлН. Развијен уз паковање ЦОБ чипова, ДБЦ уводи кисеоник између бакра и керамике. На 1065~1083 степени, Цу-О еутектичка течност се формира и реагује са керамичком и бакарном фолијом, стварајући ЦуАлО₂ или Цу(АлО₂)₂ фазе да би се постигла чврста веза.

Магнетрон спуттеринг

Магнетронско распршивање је техника физичког таложења паре која наноси вишеслојне металне филмове на керамичке подлоге. Обезбеђује јаку адхезију, ниску контаминацију и контролисану структуру зрна за висококвалитетне танке металне премазе. Добијени метализовани филм је ултра танак и одржава чврсту толеранцију димензија. Међутим, не може се применити на керамику осетљиву на топлоту као што је пиезоелектрична керамика или монокристални материјали.

1. Формулација метализације. Дизајн формулације поставља основу за квалификоване слојеве метализације.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 степени), висока температура (1450 ~ 1600 степени), средња температура (1300 ~ 1450 степени) и ниска температура (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Микроструктура слоја метализације. Микроструктура метализације одређује коначни учинак заптивања. Висококвалитетни метализовани премаз је густ са јаком адхезијом. Јасна слојевита структура без континуираних крхких интерметалних једињења смањује ширење пукотина и ризик од продирања лемљења.

Други фактори утицаја укључују величину честица праха и градацију. Фини прах има тенденцију да се агломерира и уништи униформност премаза. Превише груби прах повећава температуру синтеровања и деградира квалитет. Техника наношења премаза и дебљина премаза такође имају значајан утицај на резултате метализације.

Метализована алуминијумска релејна керамика зависи од зреле метализације керамике и технологије лемљења како би се постигла поуздана херметичка амбалажа. Усклађивање напона материјала, формулација метализације и параметри синтеровања су основне варијабле које одређују изолацију, брзину цурења хелијума и радни век за високонапонске ДЦ релеје. Како се тржишта складиштења енергије и електричних возила шире, прецизна технологија заптивања од керамике до метала наставља да се развија како би задовољила захтеве већег напона, минијатуризације и дугог века за компоненте релеја снаге.

Обратите се нашем инжењерском тиму сада за валидацију прототипа и масовну понудуДЦ релеј метализовано заварено керамичко кућиште, подржан од наших производних линија за метализацију керамике и херметичког заваривања.