[发明专利]一种金属/陶瓷/金属对称梯度结构密封绝缘材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属/陶瓷/金属对称梯度结构密封绝缘材料及其制备方法，所述密封绝缘材料厚度方向上从上至下包括可加工性良好金属层(4)、高熔点金属层(3)、梯度中间层(2)、氮化物陶瓷层(1)、梯度中间层(2)、高熔点金属层(3)、可加工性良好金属层(4)；所述梯度中间层(2)由高熔点金属粉末与氮化物陶瓷粉末烧结得到，并且梯度中间层(2)中高熔点金属含量呈梯度分布，从高熔点金属层(3)至氮化物陶瓷层(1)方向含量逐渐减少，质量分数由90～100％减小至0～10％。本发明提供的密封绝缘材料具有很强的可设计性，适用于长时间高温，强腐蚀等极端复杂工作环境，具有较强的高温稳定性、耐腐蚀性及绝缘密封性。

技术领域

本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种金属/陶瓷/金属对称梯度结构密封绝缘材料及其制备方法。

背景技术

氮化物陶瓷凭借其优异的高热导率、高绝缘电阻、强耐腐蚀性、低介电常数以及与硅相近的热膨胀系数，已经被广泛应用于结构材料、电子封装材料以及发光材料等领域。不论其用作基片、封装或是高温密封材料，均涉及到陶瓷表面金属化或金属封接的问题。然而，氮化物陶瓷作为强共价键化合物，在高温下较难与金属润湿，实施金属化颇为困难。目前，已经开发的氮化物陶瓷表面金属化方法主要有：Mo-Mn法、薄膜金属化法、厚膜金属化法、直接覆铜法、活性金属法。上述方法各有其优缺点，金属化层的性能有待进一步提高，使所制备的表面金属化陶瓷应用场景有限。

美国麻省理工学院提出的以液态金属和无机熔盐分别作为电极和电解质的液态金属电池高温储能新技术，由于其廉价的运行成本及较长使用寿命，在静态电网储能领域中必将具有广阔的应用前景。目前制约该储能技术发展的唯一瓶颈问题在于该储能系统中Li/Na蒸气、熔盐等的长效高温密封绝缘，迫切需求集高温稳定(350℃)、耐腐蚀、绝缘等多性能于一体的密封材料的发展及技术突破，氮化物陶瓷由于其良好的高温稳定性、密封绝缘性、耐腐蚀性等性能，是该储能系统长效密封绝缘的理想材料。基于传统技术制备的氮化物陶瓷表面金属化会存在明显的陶瓷/金属相界面，无法实现该储能技术严苛服役环境下长效密封，因此急需开展新型氮化物陶瓷表面金属化技术的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种金属/陶瓷/金属对称梯度结构密封绝缘材料及其制备方法，该密封绝缘材料具有高温稳定性，耐腐蚀，用作封装材料时绝缘密封性好，适应超高温、强腐蚀等极端复杂工作环境。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种金属/陶瓷/金属对称梯度结构密封绝缘材料，所述密封绝缘材料厚度方向上从上至下包括可加工性良好金属层4、高熔点金属层3、梯度中间层2、氮化物陶瓷层1、梯度中间层2、高熔点金属层3、可加工性良好金属层4；

所述梯度中间层2由高熔点金属粉末与氮化物陶瓷粉末烧结得到，并且梯度中间层2中高熔点金属含量呈梯度分布，从高熔点金属层3至氮化物陶瓷层1方向含量逐渐减少，质量分数由90～100％减小至0～10％。

按上述方案，所述梯度中间层2由5～20层材料复合得到，各层材料厚度相同或不同，相邻两层材料之间高熔点金属粉末质量百分比相差5～20％。

按上述方案，所述梯度中间层2中各层材料厚度分别为0.1～0.5mm。

按上述方案，所述密封绝缘材料在可加工性良好金属层4和高熔点金属层3之间还有活性金属层，所述活性金属层为Ni或Ti，活性金属层厚度为30～100μm。采用Ni、Ti等活性金属箔作为中间层，提高W、Mo等硬质金属与可加工性良好的4J33合金、4J29合金等间的润湿性，利用焊接技术实现二者紧密连接，有利于在后续工序中将所制备的金属/陶瓷/金属梯度复合密封绝缘材料与器件母体焊接。

优选的是，所述密封绝缘材料为圆环形，外周直径为15～30mm，中间的圆形通孔直径为5～10mm。密封绝缘材料设计为圆环形时，可用于液态金属封装领域。