。真空电子材料、陶瓷金属封接
与真空开关管用陶瓷管壳专辑・
近期国外陶瓷一金属封接的技术进展
高陇桥
（北京真空电子技术研究所，北京 １０００１５）
Ｓｏｍｅ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｒｅｃｅｎｔ Ｃｅｒａｍｉｃ ｔｏ Ｍｅｔａｌ Ｓｅａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｂｒｏａｄ
ＧＡＯ Ｌｏｎｇ～ｑｉａｏ
（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｖａｃｕｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｒｅｃｅｎｔ ｃｅｒａｍｉｃ ｔＯ ｍｅｔａｌ ｓｅａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｂｒｏａｄ．Ｓｐｅ—
ｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｇｒａｎｕｌａｒ，ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｐｏｗｅｒｉｎｇ ｍｅｔａｌｉｚｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｒｏｍ ａｂｒｏａｄ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｅｒａｍｉｃ ｔｏ ｍｅｔａｌ ｓｅａｌ，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，Ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｒｏｍ ａｂｒｏａｄ，Ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｐｏｒｔ
摘要：本文叙述了近期国外陶瓷一金属封接技术的进展，特别是有关Ｍｏ粉的有关特性，并对国外典型产品作了分析报告。 关键词：陶瓷～金属封接；技术进展；国外产品；分析报告 中图分类号：ＴＢ７５６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－－８９３５（２０１０）０４－－００４７－－０４
１ 实验报告
以速调管、行波管、磁控管、正交场放大器、返管
波、回旋器件等为代表的真空电子功率器件，近年来
取得了较大的进展，其频率已经覆盖了１ ＧＨｚ到
１００ ＧＨｚ的范围，在雷达、电子战、通讯、工业加热、
医疗设备、高能物理、空间探测和科学研究等方面取 得了广泛的应用Ⅲ。
当今真空电子器件与固态器件在市场上进行着
激烈的竞争，前者主要优势在于高频率（ｆ≥３Ｏ
ＧＨｚ）和大功率（例如，１．３ ＧＨｚ，Ｐ≥１０ ＭＷ），表１
为多注速调管基本参数嘲。
表１ 多注速调管基本参数
一些更高峰值功率的多注速调管尚处于设计阶
段或正在制造中，其中包括美国ＣＣＲ（Ｃａｌａｂａｚａｓ
Ｃｒｅｅｋ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）正在研制的输出功率在５Ｏ～ｌ５０
Ｍｗ的Ｘ波段多注速调管，日本ＫＥＫ正在设计阶
段的１５０ ＭＷ、Ｘ波段多注速调管，法国ＴＥＤ公司
计划研制的２７注５０ ＭＷ的Ｌ波段多注速调管。
进入２１世纪以来，固态功率器件迅速发展，特
别是第三代半导体材料，宽禁带ＧａＮ，ＳｉＣ器件突破
了许多高压技术，输出功率在ＵＨＦ／ＶＨＦ到Ｘ波 段超过了３Ｏ Ｗ（图１）＿３ｊ。
近期我国电力电子器件的发展更为迅速［４］，８０
年代通过引进消化、吸收、再创新，我国晶闸管的技
术水平连续迈进了３英寸４５００ Ｖ，４英寸５５００ Ｖ，５
英寸３０００ Ａ、７２００ Ｖ的台阶。目前６英寸４５７０ Ａ、
８５００ Ｖ超大功率晶闸管的研制成功并投人生产，成
功地用于特高压直流输电，使我国晶闸管的研制能
力和生产水平站在世界的最前列。
所有这些军工、民用高新技术产品都涉及到高
２０１０－０４ ≥１ ｘｌ０２ 爵 雷１ｘ１０
０ｌ ２ ５ ｌ０ 频率／ＧＨｚ
图１ 固态功率器件的发展
性能、高质量和高可靠性的陶瓷一金属封接技术和产
品，因此，进一步发展相关电子陶瓷和金属化技术是
完全必要和十分有意义的。
随着全球经济的逐步复苏，电子陶瓷的产品将
会逐年提高。美国著名的Ｆｒｅｅｄｏｎｉａ集团公司预
测［５］：在美国，２０１２年先进陶瓷（包括电容器陶瓷、
陶瓷刀具、生物和薄膜陶瓷等）的需要将增长
３．８ ，并达到￥ｉ２６亿。从这一侧面看，也可以预
测陶瓷一金属封接件稳步增长的前景。下面介绍近
期国外陶瓷一金属封接技术进展。
１．１ 金属化组分中Ｍｏ含量的提高
早期作者曾提出过Ｍｏ含量的提高有利于金属
化层的力学性能和可靠性，指出金属化层中Ｍｏ作
为连续相比活化剂玻璃相作为连续相要好。～般来
说，Ｍｏ与活化剂玻璃相的比例拟在阈值附近选取
为宜，这是符合渗流理论的图２。从这点出发Ｍｏ
用体积比代替质量比更为合理。
（ａ）二维图
图２金属化层渗流通道不意图
Ｒ．Ｍ．ｄｏ Ｎａｓｃｉｍｅｎｔｏ等提供了几种用于
Ａｌ ｏ。瓷的金属化配方，如表２所示＿６］。
１．２ Ｍｏ粉粒度的细化和均匀化
Ｍｏ粉是金属化过程和终结唯一不熔化的金属
化物质，最后形成多孔海绵基体，它决定了该基体空
隙的大小、分布、孔隙率以及毛细管当量半径等，显
得特殊和重要。在对Ａｌ。Ｏ。瓷金属化时，Ｍｏ粉的
粒度与ＡＩ ０。瓷晶粒的大小应有一定比例。在长
期对高强度封接件的显微结构的观察中，得到Ｍｏ
田 二 粒度和Ａｌ。Ｏ。瓷平均晶粒度的比例以１：８为宜，与 后来湖南湘瓷科艺公司的试验结果相一致Ⅲ。
表２某些钼锰金属化膏组成
随着我国等静压瓷不断地进入市场，其特点是
晶粒度小、气孔少和致密度高，因而，Ｍｏ颗粒应当
选用更细和更均匀的球状粒度，例如ｄ一１．０～２．０
肚ｍ，ｄ ≤２ｄ 。，这与目前市场一般所供应的Ｍｏ粉
大相径庭。制造金属化膏的Ｍｏ粉纯度Ｐ≥
９９．５ ，平均粒度ｄ 在０．６５±０．１ ｍ范围，在
ＺｒＯ：瓷上金属化取得了良好的结果＿８］，见表３（表３
中时间为金属化保温时间）。 表３超细、均匀Ｍｏ粉金属化膏剂对Ｚ 瓷抗拉试验
氧化物添加剂 强度／ｌＯ ＭＰａ 总量／ ０．５ ｈ １ ｈ ２ ｈ ５ ｈ ｌ７．８ ２６．０ ２８．３ ２８．６ １０ ｈ ｌ７．３ ２５．３ ２８．５ ２７．６ ２７．６ ２５．５ １０ ２０ ２５ ３０ ４０ ５０
１．３ Ｍｏ－Ｍｎ法、活性金属法与陶瓷晶粒度的关系
韩国首尔国家大学的Ｓ．Ｈ．Ｙａｎｇ和Ｓ．Ｋａｎｇ两
位专家应用的两种陶瓷配方和性能如表４和５所示。
表４两种陶瓷的化学组成
性能 ＫＴ—ＡＷ Ａ ＫＴ－ＡＷ Ｂ
其试验结论如下：
（１）Ａ组成虽然Ａ１。Ｏ。含量低，由于显气孔率
低，所以密度大、强度高。
（２）Ａ组成晶粒度小，宏观表现为强度高，韦伯
模数大。
（３）Ｍｏ—Ｍｎ法要求陶瓷显微结构为粗晶粒（５
～１２ ｖｍ），带有气孔，这有利于玻璃相迁移，其封接
强度Ｂ比Ａ高。
（４）活性金属法要求显微结构为细晶粒（３～５
ｍ），致密体，这有利于界面反应，其封接强度Ａ比
Ｂ高。
（５）Ｍｏ—Ｍｎ法封接断裂主要在界面上（瓷一金
属），而活性金属法则主要在瓷上，这是由于界面反 应和界面脆性（延性）不同所致。
（６）在Ｍｏ—Ｍｎ中，瓷一可伐封接比瓷一瓷封接时
界面断裂的比例要大，这是由于前者膨胀系数差较
大所引起的应力增大和裂纹扩张以致失稳所致。
（７）在４００℃、１００ ｈ空气中热处理后，两种封
接方法之产品在界面断裂的比例都增大，且断裂强
度都下降，说明长时热处理后，其可靠性下降。
２ 分析报告
表６为陶瓷金属封接件的分析报告。
表６陶瓷金属封接件的分析报告
项目 韩国１ 韩国２ 德国 美国 日本 Ｍｇ ＡＩ—Ｓｉ系干等静Ｍｇ—ＡＩ—Ｓｉ系等静压Ｃａ Ｍｇ—Ａ１一Ｓｉ系等静ｃａ—Ａｌ—Ｓｉ系等静压 压 ９，１ Ａ１２０３ ９５ ＡＩ ２Ｏ３ 压 ９２ Ａ１２Ｏ３ ＊９４ ＡＩ２Ｏ３ 晶粒范围 晶粒范围８～４５“ｍ 晶粒范围 晶粒范围５～２５“Ｉｌｌ 陶瓷 ２．５～２５ 平均晶粒１３．９ ７．５～３７．５ ｇ．ｍ， 平均晶粒１１．９ ｍ Ｄ ≈１０．５ ｍ （以板状、短柱状为平均晶粒１６．５ Ｄ一３．６６ ｇ／ｃｍ。 主） 一３５０ＭＰａ Ｃａ Ｋ Ａｌ Ｓｉ Ｃａ Ｋ Ａｌ Ｓｉ Ｃａ Ｋ Ａ１ Ｓｉ Ｍｇ Ｃａ Ｋ Ａ１ Ｓｉ Ｔ烧成：１４５０℃ 厚０．１ ｒａｍ（烧后） １３００℃烧成 Ｔ烧成：１４７０℃ 釉 凸部：７００ ｍ （平面处） 凸部：１５０ 凸部：４７０ 第一批 斜坡：５５ ｍ 斜坡：９５ ｍ ２００５．３—— 凹部：１１０／Ｌｍ 凹部：１７３ ｕｍ ２ｏｏ６．１２ Ｍｏ Ｍｎ ＡＩ Ｓｉ Ｍｏ Ｍｎ ＡＩ Ｓｉ Ｍｏ Ｍｎ Ａｌ Ｓｉ Ｍｏ Ｍｎ ＡＩ Ｓｉ １６～２Ｏ“ｍ金属化厚 ｔ一１７．５～２５．０ ｍ Ｃａ Ｔｉ ｔ一１５～２０ ｍ ｔ一３Ｏ～３７．５ ｍ ０．５×（ 拉Ａ（３５２．５） ＊ａｒｃ一９７．５ ＭＰａ ｔ一２６“ｍ （完整、均匀、连续） 拉≥１００ＭＰａ ｑ－ａｒａＢ（４４８．３））
金属化 Ｘ１０ １１ 。 。 ａ￣ ＝１ ５０ ＭＰ （ ＣｕＱｐ－≤ｐｕｓ ｈ￣ ）。．沾＝４瓷００有．４特Ｍ点Ｐ
＊Ｔ ：１４３０℃ （０７０瓷环） ＩＴＩ。／ｓ 发展（三点法） 即一２９５ＭＰａ（三点法） Ｑ≤１０ Ｐａ・ｍ。／ｓ ＊１３～３８ ｍ厚 ＊Ｔ金：１３００℃ ＊ｄ拉≥１ ３８ＭＰａ ｔ一７．５～１０．０ ｍ 约８ ｍ ３～５ ｇｍ ７．５～１０ ｔＬｍ ２～３ ｍ Ｎｉ层 （连续、完整） （连续、均匀） （连续、均匀、完整） ＊２．５～１０“ （完整、连续） Ａ】。Ｏ３，９２，８ Ａｌ２Ｏ３，９３．１ ＳｉＯ２，５．５％ ＳｉＯ２，５ 陶瓷 ＢａＯ，１ ＭｇＯ，０．７％ ＭｇＯ，ｏ．３６ ＣａＯ，１．１ ＣａＯ，０．３ Ｍｏ，７１％ Ｍｏ，８６．２％ ＭｎＯ，２．３ Ｍｎ，１．０７ 第二批 金属化 １２０３ ，６’ １，５． ０。５ ％
２００９．１ ＣａＯ，３．８ Ｍｇ，１．０５ ＭｇＯ．１．４ 金属化 口 ≥４００ ＭＰａ ＝１【）０～３００ ＭＰａ 强度
主成分 陶瓷为。ｓＡ，ｚ ｃ 瓷。
金属化中： 金属化中： 注 Ｍｏ含量高， Ｍｏ十十 ＭｎＯ偏低 ＭｎＯ＋＋，慎参。 注：＊为说明书等资料提供的数据。
２——０１００４———．Ｌ￣．
．．．