敏感陶瓷濺射金屬化機(jī)制及產(chǎn)業(yè)化研究.pdf

1、敏感陶瓷已經(jīng)成為現(xiàn)今電子系統(tǒng)中不可或缺的新型電子元件，表面金屬化是其關(guān)鍵技術(shù)之一。我國是一個敏感陶瓷的生產(chǎn)大國，其產(chǎn)量占據(jù)全球的三分之一以上，但是，包括TDK、興勤、西門子等外資企業(yè)在內(nèi)的陶瓷行業(yè)仍然沿用“絲印—燒結(jié)銀漿法”、電鍍法、熱噴涂法等落后工藝進(jìn)行金屬化，不僅生產(chǎn)成本高，金屬化質(zhì)量低下，而且生產(chǎn)過程存在嚴(yán)重污染。采用新技術(shù)新工藝來提高金屬化質(zhì)量，降低成本，解決傳統(tǒng)工藝的污染問題，是當(dāng)前國際上敏感陶瓷領(lǐng)域的熱門研究課題。
　

2、　本文從理論上深入研究了電極層與敏感陶瓷的界面反應(yīng)機(jī)制、歐姆接觸機(jī)制和無鉛焊料與金屬化電極的熔蝕機(jī)制;采用磁控濺射技術(shù)，系統(tǒng)地開發(fā)出了一系列多層膜結(jié)構(gòu)與工藝，對氧化鋅壓敏陶瓷、PTC和NTC等熱敏陶瓷進(jìn)行無害金屬化;同時，參與研制出了適用于陶瓷金屬化大規(guī)模生產(chǎn)的連續(xù)式自動濺射鍍膜生產(chǎn)線，在多家外資和民營企業(yè)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，創(chuàng)造了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。
　　論文的主要工作和研究成果如下:
　　1.從薄膜生長理論、表面物理學(xué)和金

3、相學(xué)角度，深入分析了電極層與敏感陶瓷界面機(jī)制及其作用。研究結(jié)果表明:過渡層金屬在陶瓷表面的沉積模式為混態(tài)生長模式:初始沉積的金屬原子與陶瓷表面存在明顯的電子轉(zhuǎn)移，界面處有金屬氧化物生成，隨著膜層覆蓋度的增加，電子轉(zhuǎn)移逐漸減弱，最后過渡層金屬完全呈現(xiàn)為金屬態(tài)的中性吸附。界面層含有氧化物的膜層厚度約為150-200(A)，正是這層氧化物，匹配了金屬與陶瓷的熱膨脹系數(shù)，降低了接觸勢壘，增強(qiáng)了金屬薄膜在陶瓷表面的粘附力，降低了歐姆接觸電阻。國際

4、上關(guān)于金屬與陶瓷的界面機(jī)制研究尚鮮有報道，這項研究成果為揭示陶瓷金屬化的界面機(jī)制提供了一定理論依據(jù)，受到業(yè)界的肯定，相關(guān)研究成果發(fā)表于EI期刊和TFC13第13屆全國薄膜技術(shù)學(xué)會，并獲得優(yōu)秀論文獎。
　　2.通過理論分析研究和大量實驗對比，針對氧化鋅壓敏陶瓷、PTC、NTC三大類敏感陶瓷的特性，系統(tǒng)地設(shè)計并制備出一系列多層膜結(jié)構(gòu)的金屬化電極，并實地投產(chǎn)成功:
　　(1)針對氧化鋅壓敏電阻器工作時浪涌電流大的特點，我們創(chuàng)造性地

5、提出了過渡層（鉻）+中間層兼焊接層（銅）的電極結(jié)構(gòu)。采用Cr作為電極的過渡層，鉻與氧化鋅陶瓷的界面反應(yīng)生成的氧化物有助于降低歐姆接觸，增強(qiáng)膜層與陶瓷的結(jié)合力;采用導(dǎo)電性和焊接性良好的Cu作為電極的中間層兼焊接層，保證了較低的電極整體電阻率，使元件在大的浪涌電流時不易因過熱而炸毀。投產(chǎn)結(jié)果表明:電極的抗拉強(qiáng)度達(dá)到10.8MP，焊接良好率達(dá)100％，元件的壓敏電壓、非線性系數(shù)、漏電流、通流能力等電學(xué)性能都要好于燒銀電極。相關(guān)的研究成果申請了

6、一項國家發(fā)明專利，專利申請?zhí)枮?01310288920.3。
　　(2)NTC熱敏電阻器需要長期工作在-50-200℃溫度下，金屬離子容易擴(kuò)散到瓷體，電極也容易氧化，我們提出了采用Ni/V作為電極的過渡層兼中間層、Ag作為焊接層的電極結(jié)構(gòu)。Ni能與NTC熱敏陶瓷產(chǎn)生良好的歐姆接觸，附著力強(qiáng)，而且Ni膜能夠有效阻擋Ag擴(kuò)散進(jìn)入陶瓷體內(nèi)，同時Ni還能很好地耐受高溫?zé)o鉛焊錫的溶蝕。這一電極結(jié)構(gòu)保證了電極整體性能的穩(wěn)定性與可靠性，1000

7、h的高溫加嚴(yán)老化試驗結(jié)果表明:電極性能穩(wěn)定，沒有發(fā)生明顯的劣化現(xiàn)象。研究成果發(fā)表于第十一屆國際真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會議和EI期刊。
　　(3)對于PTC陶瓷，開發(fā)出Cr+Cu/Ni+Ag電極結(jié)構(gòu)，電極膜的厚度僅為絲印銀漿的十二分之一，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)后，電極的抗拉強(qiáng)度、通流能力、成品率等所有技術(shù)指標(biāo)均比絲印-燒銀法提高一倍以上，而生產(chǎn)成本降低了80％左右。
　　3.在完成實驗室研究的基礎(chǔ)上，參與設(shè)計并研制了連續(xù)濺射鍍膜生產(chǎn)線，對