金属化セラミック技術の進歩: Mo-Mn 法と活性化 Mo-Mn 法のメカニズム解析

高信頼性の電子パッケージングや高温構造接続の分野では、セラミックと金属間の安定した接合が常に重要な技術的課題となっています。-アルミナに代表される構造用セラミックスは、高硬度、高絶縁、優れた耐熱性を備えていますが、脆くて表面が不活性であるため、金属への直接溶接が困難です。信頼性の高いセラミック-対-金属の接続を実現するために、金属化プロセスが中核的な要素となり、Mo{6}}Mn 法とその改良された活性化 Mo-Mn 法がエンジニアリング用途で重要な役割を果たしています。

従来の Mo-Mn 法では、モリブデンとマンガンの金属粉末を含むスラリーで Al2O3 基板をコーティングし、その後高温で焼結して金属化層を形成します。-研究によると、高純度-のMoとMnを80:20の比率で混合して金属化セラミック処理すると、得られた金属層がアルミナ基板との優れた界面結合を示すことが示されています。

ナノインデンテーション試験データは、Al2O3 基板、界面層、および金属コーティングのナノ硬度がそれぞれ約 14 GPa、5.5 GPa、および 1.5 GPa であることを示しています。硬度はセラミック基板から金属層に向かって徐々に減少し、連続的な勾配構造を形成します。この傾斜界面は、熱膨張の不一致によって引き起こされる熱応力を効果的に軽減し、接合部の耐熱衝撃性の向上に貢献し、金属化セラミック部品が高温環境で長期間動作できるようにします。-

焼結中、Mo 粒子はまず連続的な骨格構造を形成しますが、Mn は界面反応に参加してセラミック ガラス相との結合を促進します。高温では、少量のガラス相がセラミック内部から金属化層に向かって移動し、細孔を埋めて界面結合強度を高めます。この拡散および移行プロセスは、従来のセラミックメタライゼーション技術における安定した結合の形成にとって重要な基盤です。

ただし、従来の Mo-Mn 法には重大な欠点があります。まず、高い焼結温度が必要であり、大量のエネルギーを消費します。第二に、金属粉末システムに活性剤が不足しているため、界面の濡れ性が制限され、シール強度を向上させる可能性が制限されます。したがって、ハイエンド アプリケーション向けに改善されたプロセスが徐々に開発されてきました。-

活性化 Mo-Mn 法は、金属化温度を下げ、界面反応性を高めることを主な目的として、従来のプロセスを最適化したものです。改善は主に 2 つのカテゴリに分類されます。1 つは配合物に活性剤を追加することです。第二に、金属粉末の一部をモリブデンまたはマンガンの酸化物または塩に置き換えます。

金属化条件下では、Mo 粒子が焼結してスポンジ状のフレームワーク構造を形成します。{0}}金属マンガンは酸化されてマンガン酸化物（MnO）となり、添加されたAl2O3、SiO2、CaOなどの成分と拡散反応を起こし、低融点、低粘度の溶融物が生成されます。この溶融物は Mo に対して良好な濡れ性を示し、95 wt.% Al2O3 セラミックに存在する少量のガラス相と混入することができます。

この低粘度の溶融物の形成により、セラミック内部から金属化層の細孔へのガラス相の移​​動が大幅に促進され、界面での機械的結合と化学的結合が強化されます。従来の方法と比較して、活性化 Mo-Mn プロセスにより、界面でより緻密な金属化セラミック構造が形成され、全体的な接合信頼性が向上します。

詳細については、セラミックメタライゼーションプロセスやアプリケーションに関して、技術的な詳細や将来の開発の方向性について話し合うために、お気軽にお問い合わせください。