[发明专利]一种氮化硼基陶瓷焊接密封元器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种氮化硼基陶瓷焊接密封元器件及其制备方法，涉及金属化陶瓷加工技术领域。本发明公开的氮化硼基陶瓷焊接密封元器件，包括陶瓷基体和金属化层，其中陶瓷基体用无机纤维‑氮化硼三维网状基体、氧化钇、氧化硅、氧化钛、添加剂、粘结剂和分散剂等原料，经无机纤维‑氮化硼三维网状基体制备、混料、造粒、一次烧结和二次烧结等步骤而制成；金属化层原料包括钛粉、钨粉、氧化钼、氧化硼、氧化铝和有机结合剂，并公开了用金属化层和陶瓷基体组成的氮化硼基陶瓷焊接密封元器件的制备方法。本发明提供的氮化硼基陶瓷焊接密封元器件，其具有高的致密度和抗拉强度，具有优异的抗拉强度、韧性和耐高温性能。

技术领域

本发明属于金属化陶瓷加工技术领域，尤其涉及一种氮化硼基陶瓷焊接密封元器件及其制备方法。

背景技术

随着材料技术的发展，陶瓷材料得到广泛的运用，尤其在密封机构中，陶瓷材料由于其具有良好的耐高温、抗化学腐蚀与导热性，其适用于各类密封元器件。目前，陶瓷焊接密封元器件是由金属化陶瓷构成，而在金属化处理过程中应用的陶瓷材料主要有三氧化二铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、碳化钨及其复合材料，其中碳化硅陶瓷以其优良的强度、硬度、耐化学腐蚀等为特点，应用的最为广泛，性价比远高于一般的金属密封件，且使用寿命大大延长。但氮化硅陶瓷的断裂韧性较低，即脆性较大，易断裂，并且与金属层的封接强度不理想。

六方氮化硼陶瓷是一种六元环网络状晶体，层内原子通过共价键相结合，结合力强，要到3000℃以上才会断裂费解，具有良好的电绝缘性、导热性、抗腐蚀性、机械加工性和润滑性。六方氮化硼陶瓷的热膨胀系数较低，大约为(2.0－6.5)×10^－6/℃，并由于其具有较高的热导率与优异的耐热性能，其抗热震性能良好，其热压制品在1200℃高温下空冷至室温的条件，循环上百次样品也不会开裂。六方氮化硼陶瓷室温下其击穿电压为30－40KV/mm，是氧化铝陶瓷的2倍，催直方向上介电常数为5.12，平行方向介电常数为3.49而且介电损耗极低，一般仅为(2－8)×10^－4，可透红外线与微波。同其它陶瓷材料相比，立方氮化硼陶瓷是一种性能优异的高温结构陶瓷材料，己实现在热电偶保护管、玻璃成型高温模具、热电偶保护套、气体传感器用密封环、雷达天线保护罩件等方面的广泛应用。

然而六方氮化硼是共价化合物，具有熔点高，固相自扩散系数低的特性，且坯体内独特的片层状结构，这都抑制了立方氮化硼的烧结致密化，导致立方氮化硼难以获得致密的烧结体，极大地限制了立方氮化硼陶瓷性能的进一步提升；并且立方氮化硼陶瓷化学性质十分稳定，与大多数的熔融金属(如钢、Al、Fe、Ge、Bi、Cu、Ni、Zn等)、玻璃和盐既不润湿也不反应，因此，立方氮化硼陶瓷很少用于陶瓷焊接密封元器件上。

现有技术中，氮化硼陶瓷的金属化处理技术主要是先将钛粉和金粉用硝棉调至糊状，涂覆在氮化硼陶瓷封接处，然后与Ag－Cu焊料配合使用，该技术中使用了两层涂覆材料，其涂覆层比较厚，并且与氮化硼陶瓷的润湿效果也不是很好。中国发明专利CN203466158U公开了一种行波管氮化硼输能窗瓷与金属的封接结构，该结构是通过在氮化硼陶瓷外圆周上设置周向凹槽，外圆周面涂覆钛粉或氢化钛粉膏剂，焊料填充凹槽与金属杯环形件的缝隙，从而增大氮化硼陶瓷与金属的封接强度，并不是从材料上进行改进。

发明内容

本发明提供了一种金属化的氮化硼陶瓷及其制备方法，用于陶瓷焊接密封元器件上，主要目的是提高了密封件的致密度，并大大提高了密封件的弯曲强度和断裂韧性，增大了密封件的抗拉强度，具有优异的耐高温性能。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种氮化硼基陶瓷焊接密封元器件，包括陶瓷基体和金属化层，所述陶瓷基体是由以下重量份数的原料制备：无机纤维－氮化硼三维网状基体70－85份、氧化钇4－9份、氧化硅2－5份、氧化钛2－4份、添加剂0.7－1.2份、粘结剂4－8份和分散剂1－3份，所述添加剂、粘结剂和分散剂分别为LiYO₂、聚乙烯醇缩丁醛和三聚磷酸钠；

所述陶瓷基体的制备方法，依次包括以下步骤：