一种氧化铝陶瓷生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种氧化铝陶瓷生产工艺，包括下列步骤：陶瓷预处理：陶瓷待金属化区域表面清洁处理；浆料处理：将包括钼粉、氧化铝和二氧化硅按照一定比例进行混合得到钼浆料，并置于粘结剂中进行充分搅拌均匀；丝网印刷：将钼浆料均匀涂覆在陶瓷上下丝印表面；金属化烧结：在陶瓷表面形成金属化层，制成金属化陶瓷；热压封接：将金属化陶瓷和内外镍环进行封接。本发明专利技术的氧化铝陶瓷生产工艺制得的金属化陶瓷能够在270～350℃高温熔盐腐蚀环境中长期稳定运行，适用于钠盐电池，满足钠盐电池工作使用要求。

A production process of alumina ceramics

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝陶瓷生产工艺
本专利技术涉及陶瓷领域。
技术介绍
钠镍电池和钠硫电池都是全密封结构，包含三种密封技术，即α-氧化铝陶瓷与β”-氧化铝陶瓷、α-氧化铝陶瓷与金属、金属与金属三种密封。其中，α-氧化铝陶瓷与金属的密封的可靠性直接关系到电池的性能、寿命以及安全可靠性，因此极其重要。实际生产中，采用软金属连接层缓解金属和陶瓷热膨胀不同带来的残余应力问题；后续通过同时加热加压，使金属和陶瓷间的原子扩散实现封接，即热压封接工艺。在钠镍电池中，所用α-氧化铝陶瓷为95％氧化铝陶瓷，与之相封接的金属为镍环。95％氧化铝陶瓷与金属镍环进行热压封接前，需要在95％氧化铝陶瓷表面涂覆一层钼浆料并进行金属化烧结，从而才能直接与镍环进行热压扩散封接。目前国内普遍金属化工艺为钼锰法，浆料主要配方为钼粉、锰粉、瓷粉、二氧化钛等，由于浆料中添加了锰，在高温金属化过程中形成了锰尖晶石相从而拓宽了烧结温度，使得金属化工艺相对容易很多，故钼锰法金属化工艺在陶瓷与金属封接领域得到了非常宽广的应用。但是钼锰法制得的金属化陶瓷不适合钠盐电池长期高温且有腐蚀环境的工作条件，因为锰的添加导致金属化层耐腐蚀能力变差，从而影响钠盐电池的使用寿命，而纯钼法制得的金属化陶瓷可以长期经受熔盐腐蚀的影响，其气密性和封接强度没有明显的降低，所以纯钼金属化工艺就显得特别重要。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氧化铝陶瓷生产工艺，包括下列步骤：陶瓷预处理：陶瓷待金属化区域表面清洁处理；浆料处理：将包括钼粉、氧化铝、二氧化硅和二氧化钛的金属粉末按照一定比例进行混合得到钼浆料，并置于粘结剂中进行充分搅拌均匀；丝网印刷：将钼浆料均匀涂覆在陶瓷上下丝印表面；金属化烧结：在陶瓷表明形成金属化层，制成金属化陶瓷；热压封接：将金属化陶瓷和内外镍环进行封接。进一步地，所述浆料处理，钼粉、氧化铝和二氧化硅质量比为x:y：1-x-y，其中x＝65～80，y＝0～5，Z＝0～10；金属粉末：粘结剂＝80：20，粘结剂是按照乙二醇单丁醚：乙二醇丁醚醋酸酯＝5:15重量比混合配制而成，丝网印刷使用前将浆料以20rpm的转速进行充分滚动处理48～72小时。进一步地，所述丝网印刷，钼浆料均匀涂覆在陶瓷上下丝印表面，经过250℃高温烘干，浆料厚度22～52μm。进一步地，所述金属化烧结：烧结时间为15分钟，获得厚度为15～35μm均匀致密的金属化层。进一步地，所述热压封接，将金属化陶瓷和内外镍环在高温和保护气氛下进行热压封接。进一步地，所述氧化铝陶瓷采用CaO-Al2O3-SiO2三元系，其中，氧化铝含量为94％～96％，SiO2/CaO质量比小于1.3。本专利技术的氧化铝陶瓷生产工艺制得的金属化陶瓷能够在270～350℃高温熔盐腐蚀环境中长期稳定运行，适用于钠盐电池，满足钠盐电池工作使用要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步描述。本专利技术的氧化铝陶瓷采用CaO-Al2O3-SiO2三元系，其中，氧化铝含量为94％～96％，SiO2/CaO(质量比)＜1.3，干压成型工艺进行高温烧成，陶瓷密度控制在3.7g/cm3左右，晶粒尺寸为6～10μm。本专利技术的一种氧化铝陶瓷生产工艺，包括下列步骤：陶瓷预处理：陶瓷待金属化区域表面清洁处理；浆料处理：将包括钼粉、氧化铝、二氧化硅和二氧化钛的金属化粉末按照一定比例进行混合，并置于粘结剂中进行充分搅拌均匀。钼粉、氧化铝和二氧化硅质量比为x:y：1-x-y，其中x＝65～80，y＝0～5，Z＝0～10；钼粉纯度要求99.5％，粒径2～3μm，其他成分选用分析纯级别原料；金属粉末：粘结剂＝80：20，粘结剂是按照乙二醇单丁醚：乙二醇丁醚醋酸酯＝5:15重量比混合配制而成，在一定的温湿度洁净环境中密封保存，丝网印刷使用前将浆料以20rpm的转速进行充分滚动处理48～72小时；丝网印刷：选择合适目数的不锈钢丝网进行制版，并设计特殊的承印工装托盘，每个托盘共摆放8×8个α-氧化铝陶瓷，针对浆料特性选择合适硬度的刮刀材质，丝网张力要求控制在25～40N/cm，通过调整丝网印刷机的刮刀速度、刮刀角度、刮刀压力以及网距等参数将钼浆料均匀涂覆在陶瓷上下丝印表面，经过250℃高温烘干，浆料厚度控制在22～52μm。金属化烧结：使用单炉门隧道式气氛保护推舟炉，整个炉膛气氛均为湿氢，也就是氮氢混合气先经过湿氢水箱带入一定量的水气再进入炉膛，湿氢水箱置于恒温水浴中，水浴温度控制在15～30℃，烧结温度控制在1500～1565℃，烧结时间为15分钟，获得厚度为15～35μm均匀致密的金属化层。热压封接：通过工装夹具将金属化陶瓷和内外镍环进行装配并施加压力，在高温和保护气氛下，获得理想的封接强度和气密性要求的TCB结构部件。实施例1：按照如下流程操作：(1)陶瓷成分要求氧化铝含量95.3％，SiO2/CaO＝1.12，密度为3.69g/cm3,晶粒尺寸7.2μm，将陶瓷A进行1200℃高温清洁处理，然后摆放在特别设计的承印工装托盘中，每盘摆放8×8＝64个，内方台阶方向朝上，总共叠放七盘；(2)将制备好的纯钼浆料以20rpm的转速持续滚动处理72小时；(3)选择105目数的进口不锈钢丝网，网框采用空心铝材质，网距4mm，刮刀压力3kg，刮刀角度70°，刮刀速度150mm/s，先将第一面进行丝网印刷，然后以250℃的高温进行烘烤15分钟，然后通过翻转机构将第一面进行翻转，使得第二面朝上放置，待陶瓷冷却至室温，再进行第二面丝网印刷以及250℃的高温烘烤，获得丝印烘干厚度为35μm左右的金属化浆料；(4)将丝印后的陶瓷串起悬空放置在钼舟中，经过单炉门隧道式气氛保护推舟炉进行金属化烧结，炉膛整个气氛为湿氢，氮氢混合气中的氢气占13％，就是将氮氢混合气先经过水箱带入一定的水汽然后再进入炉膛，水箱置于恒温水浴中，水浴温度20℃，烧结温度1520℃，推舟速度14.48mm/min，循环周期15min，获得金属化层厚度约20μm左右的金属化陶瓷；(5)将一定数量的金属化陶瓷与两种规格的镍环通过TZM杆和陶瓷垫片进行装配，在氮氢混合气氛保护的钟罩炉中进行热压扩散封接。实施例2：按照如下流程操作：(1)陶瓷成分要求氧化铝含量95.3％，SiO2/CaO＝1.12，密度为3.69g/cm3,晶粒尺寸7.2μm，将陶瓷A进行1200℃高温清洁处理，然后摆放在特别设计的承印工装托盘中，每盘摆放8×8＝64个，内方台阶方向朝上，总共叠放七盘；(2)将制备好的纯钼浆料以20rpm的转速持续滚动处理72小时；(3)选择105目数的进口不锈钢丝网，网框采用空心铝材质，网距4mm，刮刀压力3kg，刮刀角度70°，刮刀速度150mm/s，先将第一面进行丝网印刷，然后以250℃的高温进行烘烤15分钟，然后通过翻转机构将第一面进行翻转，使得第二面朝上放置，待陶瓷冷却至室温，再进行第二面丝网印刷以及2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝陶瓷生产工艺，其特征在于，包括下列步骤：陶瓷预处理：陶瓷待金属化区域表面清洁处理；浆料处理：将包括钼粉、氧化铝、二氧化硅按照一定比例进行混合得到钼浆料，并置于粘结剂中进行充分搅拌均匀；丝网印刷：将钼浆料均匀涂覆在陶瓷上下丝印表面；金属化烧结：在陶瓷表面形成金属化层，制成金属化陶瓷；热压封接：将金属化陶瓷和内外镍环进行封接。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝陶瓷生产工艺，其特征在于，包括下列步骤：陶瓷预处理：陶瓷待金属化区域表面清洁处理；浆料处理：将包括钼粉、氧化铝、二氧化硅按照一定比例进行混合得到钼浆料，并置于粘结剂中进行充分搅拌均匀；丝网印刷：将钼浆料均匀涂覆在陶瓷上下丝印表面；金属化烧结：在陶瓷表面形成金属化层，制成金属化陶瓷；热压封接：将金属化陶瓷和内外镍环进行封接。


2.如权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷生产工艺，其特征在于，所述浆料处理，钼粉、氧化铝和二氧化硅质量比为x:y：1-x-y，其中x＝65～80，y＝0～5，Z＝0～10；金属粉末：粘结剂＝80：20，粘结剂是按照乙二醇单丁醚：乙二醇丁醚醋酸酯＝5:15重量比混合配制而成，丝网印刷使用前将浆料以20rpm的转速进行充分滚动处理48～72小...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宽红，石再军，张洪涛，柏全，郭文飞，
申请(专利权)人：浙江安力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33