用于将陶瓷连结于金属的方法及其密封结构的制作方法

文档序号:9409706阅读:545来源:国知局
用于将陶瓷连结于金属的方法及其密封结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及用于将陶瓷构件连结于金属构件的方法。更特定地,本发明包括涉及用于密封高温电化学电池的陶瓷-金属连结的实施例。本发明还包括涉及通过使用此类方法形成的密封结构的实施例。
【背景技术】
[0002]许多类型的密封接头考虑用于在高温可充电电池组/电池中使用,用于连结不同的构件。钠/硫或钠/金属卤化物电池大体上包括若干陶瓷和金属构件。陶瓷构件包括电绝缘α-氧化铝套圈和离子导电电解质氧化铝管,并且大体上经由密封玻璃连结或粘结。金属构件包括金属外壳、集电器构件,以及通常通过焊接或热压缩粘结(TCB)连结的其它金属构件。
[0003]金属-陶瓷粘结对于电池的可靠性和安全性来说是最为关键的,因为其具有若干问题,主要是因为由陶瓷和金属构件的热膨胀系数的不匹配引起的热应力。许多类型的粘结材料和密封过程考虑用于将金属构件连结于陶瓷构件,包括陶瓷粘合剂、铜焊和扩散粘合。然而,大部分的密封件/接头不可耐受电池组/电池的高温和腐蚀环境。
[0004]当前的方法包括使陶瓷构件金属化,随后通过热压缩粘结将金属化陶瓷构件粘结于金属构件。通常,在金属构件粘结于陶瓷构件之前,金属化层的外表面通过使表面镀覆有金属以在金属化层上形成金属层来进一步处理。镀层在金属化表面上提供连续的金属层,以获得与金属构件的高强度连结/粘结。通常,尽管不是必需的,但是镀覆金属为与金属构件的金属相同的金属,或者为至少与金属化层的金属和金属构件相容的金属。例如,镍常规地用于将钼基金属化层镀覆在铝上,特别是在高温电池组/电池中。
[0005]多种方法用于将金属(例如,镍)镀覆在金属化层上,例如电镀、化学镀、丝网印刷等。这些过程中的各个具有关于镀层的质量或过程的可量测性的一种或更多种问题。丝网印刷为高度可量测、干净且成本有效的过程,但是提供多孔的金属层。多孔的镀层可导致金属化材料的污染,其由此影响所获得的金属-陶瓷粘结/连结的强度。该多孔的金属层,例如镍层,可被烧结(在高温下处理,例如高于大约1200摄氏度)用于层的致密化,但是通常可在高温下(通常高于1000摄氏度)与金属化层的金属(例如钼)形成金属间物。金属间物的形成不利地影响镀层和金属化层之间的粘结,并且由此影响在陶瓷构件和金属构件之间的连结/粘结。
[0006]考虑到这些考虑,因此将合乎需要的是开发新的材料和方法,用于有效的陶瓷-金属连结。特别地,可合乎需要的是具有用于密封高温电化学电池的方法,该方法不同于当前可获得的那些方法。可合乎需要的是具有密封结构,其使用不同于当前可获得的那些材料和方法的材料和方法。

【发明内容】

[0007]—个实施例提供了一种用于将金属构件连结于陶瓷构件的方法。该方法包括将金属阻挡层配置在陶瓷构件的金属化部分上,以及通过金属阻挡层将金属构件连结于陶瓷构件的金属化部分。金属阻挡层包含镍和熔点抑制剂。
[0008]在一个实施例中,提供了一种用于密封高温电化学电池的方法。包括钼的金属化层首先配置在氧化铝构件的部分上。接着,金属层通过丝网印刷过程配置在金属化层上,随后在小于大约1000摄氏度的温度下烧结金属层以形成金属阻挡层。金属层包括镍和熔点抑制剂。包含镍的金属构件接着由铜焊通过金属化层和金属阻挡层而连结于氧化铝构件的该部分。
[0009]在一个实施例中,一种密封结构包括金属化陶瓷构件,配置在金属化陶瓷构件上的金属阻挡层,以及通过金属阻挡层粘结于金属化陶瓷构件的金属构件。金属阻挡层包括镍和熔点抑制剂。
[0010]技术方案1.一种方法,包括:
[0011]将金属阻挡层配置在陶瓷构件的金属化部分上,其中,所述金属阻挡层包括镍和熔点抑制剂;和
[0012]通过所述金属阻挡层将金属构件连结于所述陶瓷构件的所述金属化部分。
[0013]技术方案2.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,所述陶瓷构件包括α -氧化铝,并且所述金属构件包括镍或其合金。
[0014]技术方案3.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,所述陶瓷构件的所述金属化部分包含金属化层,其包括钛、钽、钒、钨、钼或它们的组合。
[0015]技术方案4.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,所述熔点抑制剂包括铜、硅、锗、硼、铝、锆或它们的组合。
[0016]技术方案5.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,所述金属阻挡层中的所述恪点抑制剂的量范围为从大约Iwt%至大约1wt%。
[0017]技术方案6.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,沉积所述金属阻挡层包括通过丝网印刷过程来沉积金属层。
[0018]技术方案7.根据技术方案6所述的方法,其特征在于,所述金属层具有高于大约25vol%的孔隙率。
[0019]技术方案8.根据技术方案6所述的方法,其特征在于,沉积所述金属阻挡层还包括在低于大约1000摄氏度的温度下烧结所述金属层来形成所述金属阻挡层。
[0020]技术方案9.根据技术方案8所述的方法,其特征在于,烧结在从大约700摄氏度至大约950摄氏度的温度范围中执行。
[0021]技术方案10.根据技术方案8所述的方法,其特征在于,在烧结之后,所述金属阻挡层具有小于大约1vol%的孔隙率。
[0022]技术方案11.一种用于密封高温热电化学电池的方法,包括:
[0023]将包括钼的金属化层配置在氧化铝构件的部分上;
[0024]通过丝网印刷过程将包括镍和熔点抑制剂的金属层配置在所述金属化层上;
[0025]在低于大约1000摄氏度的温度下烧结所述金属层来形成金属阻挡层;以及
[0026]由铜焊通过所述金属化层和所述金属阻挡层将所述氧化铝构件的所述部分连结于包括镍的金属构件。
[0027]技术方案12.—种密封结构,包括:
[0028]金属化陶瓷构件;
[0029]金属阻挡层,其配置在所述金属化陶瓷构件上,其中所述金属阻挡层包括镍和熔点抑制剂;以及
[0030]金属构件,其通过所述金属阻挡层粘结于所述金属化陶瓷构件。
[0031]技术方案13.根据技术方案12所述的密封结构,其特征在于,所述陶瓷构件包括α氧化铝,并且所述金属构件包括镍或其合金。
[0032]技术方案14.根据技术方案12所述的密封结构,其特征在于,所述金属化陶瓷构件包括配置在所述陶瓷构件的部分上的金属化层,其包括钛、钽、钒、钨、钼或它们的组合。
[0033]技术方案15.根据技术方案12所述的密封结构,其特征在于,所述熔点抑制剂包括铜、硅、锗、硼、铝、锆或它们的组合。
[0034]技术方案16.根据技术方案12所述的密封结构,其特征在于,所述金属阻挡层中的恪点抑制剂的量范围为从大约Iwt%至大约1wt%。
[0035]技术方案17.根据技术方案12所述的密封结构,其特征在于,所述金属阻挡层通过丝网印刷过程沉积,随后在低于大约1000摄氏度下烧结所述层。
[0036]技术方案18.根据技术方案12所述的密封结构,其特征在于,所述金属阻挡层具有在从大约I微米至大约10微米的范围中的厚度。
[0037]技术方案19.根据技术方案12所述的密封结构,其特征在于,还包括铜焊材料,其配置在配置在所述金属化陶瓷构件上的所述金属阻挡层和所述金属构件的表面之间。
[0038]技术方案20.—种高温热电化学电池,包括根据技术方案12所述的密封结构。
【附图说明】
[0039]本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将在参照附图阅读下列详细描述时变得更好理解,其中相同的标记遍及附图表示相同的部分,其中:
[0040]图1为示出根据本发明的一个实施例的用于将陶瓷构件连结于金属构件的方法的流程图;
[0041]图2为根据本发明的一个实施例的密封结构的示意图;
[0042]图3为根据本发明的一个实施例的用于配置金属阻挡层的步进式方法的示意图;
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