一种陶瓷放电管低温镍金属化封接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷放电管低温镍金属化封接方法，具体涉及一种陶瓷气体放电管空气中低温镍金属化的封接方法，属陶瓷烧成制品与金属制品粘结技术领域。
【背景技术】
[0002]陶瓷气体放电管制作工艺中，需要将放电管中的陶瓷放电管和铜电极之间的焊接，由于陶瓷不能和铜电极直接进行焊接，通常采用一次Mo-Mn金属化，但Mo-Mn层也不能和铜焊接，再采用二次镍金属化的方法来实现和铜电极之间的牢固焊接，如发明专利《一种陶瓷件烧结金属化工艺》(2015104510690)及《一种陶瓷放电管封接工艺》(201410668555.3)所公开的步骤。镍金属化主要有三种途径:一是电镀、二是涂镍，即将镍金属粉末和有机物混合涂覆在瓷件表面放置在氢气或空气气氛中烧结、三是化学镀，也有如发明专利《陶瓷与金属双玻璃化的封接方法》(201310293393.5)所述的先对陶瓷及金属封接部位进行玻璃化处理，将分别形成有玻璃化层的待封陶瓷部件和金属封接封接部位配合好后于惰性气氛下进行封接方法。然而涂镍法仍是目前最广泛采用方法，既环保又比较经济，涂镍法发展至今，尚存在如下问题:一是在小瓷件的镍金属化过程中容易出现侧壁发黑的爬壁现象，一旦爬壁则为废品；二是氢气氛中烧结时，所需氢气成本高且具有危险性，对设备要求高;三是烧结的温度较高，如氢气气氛中镍金属化的温度约1000°C。上述全部或部分问题，是业内研究并急需解决的难题。《空气中烧成镍电极浆料的研究K〈电子元件与材料〉杂志，2003年8月第8期，周东祥、陈勇等)中，介绍了空气中烧成的Ni电极浆料的制备研究，讨论了浆料中玻璃粉、硼粉含量及烧渗工艺等对电极性能的影响，并指出:浆料中Ni粉的纯度应高于99.5%，粒度500目(粒径约31ym)，Ni含量不低于65%，玻璃粉含量约20%，抗氧化剂硼粉含量约15%，烧结温度810°C，并保温5min，类似的配方在多层陶瓷电容器中被广泛使用，如文献《B料MLCC镍内电极浆料质量性能研究》(〈电子工艺技术〉杂志，2010年5月第31卷第3期)。但是，这种空气中烧结镍电极的方法不适用于陶瓷的镍金属化封接，因为陶瓷气体放电管的封接需要金属Ni既要与金属化Mo层形成牢固的结合，又需要与铜电极进行焊接，使用已有的空气中烧成镍电极的方法对陶瓷放电管进行金属化时，金属化表面会出现玻璃粉析出并且出现部分氧化的情况，这会严重影响与铜电极的焊接强度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对【背景技术】提出的问题，提供一种陶瓷放电管低温镍金属化封接方法，是将粒径小于0.6μπι的镍粉、低温无机粘结剂、重量约5%的硼粉和有机粘结剂，按一定比例配成浆料，经球磨后涂覆在陶瓷放电管表面，放置在空气中低温固化，在有机物被氧化并挥发、玻璃粉和镍粉固化过程中，玻璃粉不会析出，镍粉没有被氧化;低温无机粘结剂的作用，使得浆料在陶瓷放电管表面固化，达到了用于下一步焊接的目的;在将陶瓷管和铜电极焊接的同时，焊接的高温使镍层的强度进一步加强。该方法在无需氢气、无需氢气氛烧结设备、无需高温镍金属化、只使用硼粉的条件下保证了焊接强度和成品率，简化了生产流程，节省了生产原料，生产成本大大降低，焊接的实验结果表明，焊接强度达到了传统氢气氛下1000°C烧纯镍的样品所焊接陶瓷陶瓷放电管的强度水平。
[0004]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种陶瓷放电管低温镍金属化封接方法，包括:制作镍浆料、涂覆并烘干镍浆料、烧结镍浆料、钎焊铜电极四个步骤;其特征在于:所述各步骤依次如下:
步骤一:制作镍浆料
a、配制有机粘结剂:将乙基纤维素缓慢加入到正在加热搅拌的松油醇溶液中，乙基纤维素和松油醇重量比为1: (9?15);
b、配制粉料:将镍粉、玻璃粉和硼粉，按重量百分比为75:20:5比例混合均匀;所述玻璃粉是低温无机粘结剂，所述镍粉粒径< 0.6μηι、玻璃粉粒径< 10微米、硼粉粒径< 10微米；
C、配制镍浆料:将上述步骤b中配制好的粉料加入步骤a配制的有机粘结剂中，搅拌均匀;所述有机粘结剂占配成后镍浆料总量的重量百分比为30 %?50 %d、球磨镍浆料:将步骤c配制的镍浆料放置球磨机中，球磨12?36h ；
步骤二:涂覆并烘干镍浆料
将待涂覆镍浆料的陶瓷放电管粘在玻璃板上，再将按步骤一配制并球磨后的镍浆料手工涂覆或者是丝网印刷在陶瓷放电管表面，再烘干陶瓷放电管上的镍涂料;设定涂层厚度为5?35μπι、烘干温度为100?140°C、烘干时间为30?80min;
步骤三:烧结镍浆料
按步骤二涂覆并烘干镍浆料后陶瓷放电管置于空气烧结炉中进行烧结，设定烧结温度为350?700°C、升温速度为I?10°C/min，保温时间为15?45min;
步骤四:钎焊铜电极
将按步骤三烧结镍浆料后的陶瓷放电管以及铜电极夹住焊料后，置于钎焊炉中焊接；设定钎焊温度为700?900°C，焊接气氛为氢气，或者是真空状态。
[0005]本发明的有益效果是:本方法在无需氢气、无需氢气氛烧结设备、无需高温镍金属化、只使用硼粉的条件下保证了焊接强度和成品率，简化了生产流程，节省了生产原料，生产成本大大降低，焊接的实验结果表明，焊接强度达到了传统氢气氛下1000°C烧纯镍的样品所焊接陶瓷陶瓷放电管的强度水平。
【附图说明】
[0006]图1是将按本发明方法封接的陶瓷放电管进行抗拉强度测试拉断后，断面的元素分布图；
图2是图1中矩形方框区域内经能谱分析所得的铝元素分布图；
图3是图1中矩形方框区域内经能谱分析所得钼元素分布图；
图4是为烧结温度400°C的镍金属化表面形貌图；
图5是图4中矩形方框区域内经能谱分析所得镍分布图；
图6是图4中矩形方框区域内经能谱分析所得硅元素分布图；
图7是图4中矩形方框区域内经能谱分析所得硼元素分布图；
图8是400°C温度下烧结的镍金属化表面的SEM图；
图9是500°C温度下烧结的镍金属化表面的SEM图； 图10是在600°C温度下烧结的镍金属化表面的SEM图；
图11是在700°C温度下烧结的镍金属化表面的SEM图；
图12是在800°C温度下烧结的镍金属化表面的SEM图；
图13是在1000°C温度下烧结的镍金属化表面的SEM图。
【具体实施方式】
[0007]本发明一种陶瓷放电管低温镍金属化封接方法，是将镍粉、低温无机粘结剂、少量硼粉和有机粘结剂按一定比例配成浆料，经球磨后涂覆在陶瓷放电管表面，放置在空气中低温固化，在有机物被氧化并挥发、玻璃粉开始反应固化过程中，镍粉没有被氧化;低温无机粘结剂的作用，使得浆料在陶瓷放电管表面固化，达到了用于下一步焊接的目的；该方法在无需氢气、无需氢气氛烧结设备、无需高温镍金属化、只使用硼粉的条件下保证了焊接强度和成品率，简化