DC-relä metalliserat svetsat keramiskt hölje: Kärnteknologi för hermetiska reläförpackningar

DC-reläets metalliserade svetsade keramiska hölje fungerar som den kritiska isolerande och hermetiskt tätande komponenten för högspännings-DC-reläer. Den använder keramisk metallisering och keramisk metalllödning för att skapa ett helt förseglat ljusbågsläckande hålrum, som isolerar interna kontaktsystem från fukt, damm och den yttre miljön. Den här lösningen tar itu med flaskhalsarna i plasthöljen under högspännings- och högtemperaturcykler, och används allmänt inom energilagring, EV-batterifrånkopplingar och likströmsdistributionssystem.

Keramik och metaller har väldigt olika fysikaliska egenskaper. Keramik är ett oorganiskt icke-metalliskt material med enastående isolering och termisk stabilitet, medan metall ger utmärkt elektrisk ledningsförmåga och duktilitet. För att kombinera sina styrkor för Al2O3 aluminiumoxid keramiskt vakuumrelähölje, blir keramisk metallisering det oumbärliga förbehandlingssteget. Processen avsätter en fast sammanfogad tunn metallfilm på keramiska ytor, vilket gör keramiken svetsbar för efterföljande hårdlödning med metallringar eller ändstycken. Metalliseringens kvalitet bestämmer direkt lufttätheten och långsiktiga tillförlitligheten hos det färdiga relähuset.

Att förena keramik och metall för aluminiumoxid metalliserad keramik för elektriska reläer medför flera inneboende materialutmaningar.

• Felaktig värmeutvidgningskoefficient. Keramik har låg termisk expansion medan metaller expanderar mycket mer under värme, vilket lätt utlöser sprickor vid tätningsfogar. Ingenjörer måste noggrant hantera termisk stress via matchade mellanliggande metallskikt.
• Låg värmeledningsförmåga och dålig värmechockbeständighet hos keramik. Under lödning måste temperaturgradienter runt svetszonen minimeras, med kontrollerade kylhastigheter efter sammanfogning.
• De flesta keramik är icke-ledande, vilket utesluter konventionella elektriska svetsmetoder. Keramisk metallisering eller aktiv metalllödning krävs för att skapa ett pålitligt bindningsgränssnitt.
• Stabil elektronisk koordination inuti keramiska molekyler skapar höga barriärer för direkt keramisk-metallbindning. Ytmodifiering är obligatorisk före svetsning.
• Keramik är kovalenta kristallina material med begränsad plastisk deformation. Spröd fraktur förekommer ofta i lederna. Mellanliggande buffertskikt och indirekt diffusionssvetsning appliceras vanligtvis för lägre sammanfogningstemperatur.
• Specialiserade tätningsstrukturer krävs för relähus, kategoriserade som platt tätning, hylstätning, stifttätning och stumtätning. Hylsförsegling ger bästa prestanda, med stränga tillverkningskrav för alla fogtyper.

Metalliseringsmekanismen är en komplex kombination av fysisk diffusion och kemiska reaktioner, inklusive plastflöde och partikelomläggning. Oxidkomponenter inuti metalliseringspastan reagerar och diffunderar i olika sintringssteg. När temperaturen stiger bildar råmaterial mellanliggande föreningar och förvandlas till en flytande glasfas vid den eutektiska temperaturen. Den viskösa glasfasen genererar plastiskt flöde; partiklar omarrangeras under kapillärkraft. Driven av ytenergi diffunderar atomer och korn växer, porer krymper och försvinner, och bildar slutligen ett tätt metalliserat skikt för High Precision Alumina Ceramic Components.

1. Substratförbehandling. Polering av sintrade keramiska ämnen till optisk jämnhet med diamantslippasta, kontrollerar ytråhet Mindre än eller lika med 1,6 μm. Ultraljudsrengöring i aceton och alkohol vid rumstemperatur i 20 minuter.
2. Beredning av metalliseringsslam. Väg råvarorna enligt formuleringen, sedan kulkvarn för att bereda slurry med målinriktad viskositet.
3. Beläggning och torkning. Screen-print metalliseringsslam jämnt på keramiska underlag. Slamtjockleken kräver exakt kontroll: för tunn gör att lödspackel tränger in i det metalliserade skiktet, medan överdriven tjocklek hindrar elementär migration. De belagda delarna torkas inuti en ugn.
4. Värmebehandling. Sintertorkade arbetsstycken under en reducerande atmosfär för att bilda det bundna metalliserade skiktet.

Mo-Mn metod

Mo-Mn-metallisering använder eldfast molybdenpulver blandat med manganpulver, belagt på Al2O3-keramik och sintrat för att bilda ett metallskikt. Den traditionella Mo-Mn-processen kräver höga sintringstemperaturer och förbrukar mer energi; utan aktivatorer förblir tätningshållfastheten relativt låg.

Aktiverad Mo-Mn-metod

Aktiverad Mo-Mn är optimerad från den klassiska Mo-Mn-rutten. Modifieringar inkluderar att lägga till aktivatorer eller ersätta metallpulver med molybden/manganoxider eller salter, i syfte att minska sintringstemperaturen. Även om processen är komplicerad och kostsam skapar den stark bindning och förbättrar vätningsprestandan. Det är fortfarande den mest mogna och allmänt använda metalliseringslösningen för hermetiska reläförpackningar.

Aktiv metalllödning

Aktiv metalllödning används ofta för keramisk metalltätning. Jämfört med Mo-Mn-tekniken utvecklades den ungefär 10 år senare. Hela keramik-metallfogen kan färdigställas inom en uppvärmningscykel. Lödlegeringen innehåller aktiva element som Ti, Zr, Hf och Ta. Dessa aktiva element reagerar med aluminiumoxidkeramer och bildar metalliska reaktionsskikt vid gränsytan. Denna process är enklare och kostnadseffektiv för massproduktion. Dess begränsning ligger i ett begränsat val av hårdlödningsmaterial, vilket gör den mer lämplig för stora delar eller partier med låg volym istället för kontinuerlig höghastighetsproduktion.

Direkt bunden koppar (DBC)

DBC binder kopparfolie direkt på keramiska substrat, främst Al2O3 och AlN. Utvecklad tillsammans med COB-chipförpackningar, introducerar DBC syre mellan koppar och keramik. Vid 1065~1083 grader bildas en Cu-O eutektisk vätska och reagerar med keram- och kopparfolien, vilket genererar CuAlO₂- eller Cu(AlO₂)₂-faser för att uppnå fast bindning.

Magnetronförstoftning

Magnetronförstoftning är en fysisk ångavsättningsteknik som avsätter metalliska filmer i flera lager på keramiska substrat. Det ger stark vidhäftning, låg kontaminering och kontrollerad kornstruktur för högkvalitativa tunna metallbeläggningar. Den resulterande metalliserade filmen är ultratunn och bibehåller en snäv dimensionstolerans. Det kan dock inte appliceras på värmekänslig keramik som piezoelektrisk keramik eller enkristallmaterial.

1. Metalliseringsformulering. Formuleringsdesign lägger grunden för kvalificerade metalliseringsskikt.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 grader), hög temperatur (1450~1600 grader), medeltemperatur (1300~1450 grader) och låg temperatur (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Mikrostruktur av metalliseringslagret. Metalliseringsmikrostruktur bestämmer slutlig tätningsprestanda. En högkvalitativ metalliserad beläggning är tät med stark vidhäftning. En tydlig skiktad struktur utan kontinuerliga spröda intermetalliska föreningar minskar sprickutbredning och risk för genomträngning av lödningar.

Andra påverkande faktorer inkluderar pulverpartikelstorlek och gradering. Fint pulver tenderar att agglomerera och förstöra beläggningens enhetlighet. Alltför grovt pulver ökar sintringstemperaturen och försämrar kvaliteten. Beläggningsteknik och beläggningstjocklek utövar också betydande inverkan på metalliseringsresultat.

Metalliserad aluminiumoxidreläkeramik är beroende av mogen keramisk metallisering och lödningsteknik för att uppnå tillförlitlig hermetisk förpackning. Materialspänningsmatchning, metalliseringsformulering och sintringsparametrar är kärnvariablerna som bestämmer isolering, heliumläckagehastighet och livslängd för högspänningslikströmsreläer. När marknaderna för energilagring och elfordon expanderar fortsätter den exakta keramik-till-metall-tätningstekniken att utvecklas för att möta högre spännings-, miniatyriserings- och långlivskrav för kraftreläkomponenter.

Kontakta vårt ingenjörsteam nu för prototypvalidering och bulkofferter avDC-relä metalliserat svetsat keramiskt hölje, med stöd av våra interna produktionslinjer för keramisk metallisering och hermetisk svetsning.