СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ЗАГОТОВОК ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 1995 года по МПК C04B41/88 

Изобретение относится к металлизации керамики, в частности к способам металлизации пьезокерамики, и может быть использовано при изготовлении пьезокерамических элементов.

Известен способ серебрения (металлизации) заготовок пьезокерамических элементов, включающий очистку металлизируемой поверхности, нанесение слоя металлосодержащей пасты с последующим его вжиганием [1]
Данный способ достаточно прост и технологичен, но в то же время не обеспечивает существенного повышения прочности сцепления металла (покрытия) с керамикой, характеризуется известной длительностью технологического цикла и практически требует применения паст на основе драгметаллов.

Наиболее близким к изобретению является способ металлизации керамики, включающий напыление в одном технологическом цикле при давлении 10^-8-10^-4 мБар первого слоя, состоящего из титана, циркония, гафния или оксида меди толщиной более 10 нм, и последующего слоя, содержащего серебро, золото или медь с последующим наращиванием второго слоя до толщины 0,004-0,02 мм и окончательным спеканием слоев в печи [2]
Этот способ предназначен для металлизации керамики и позволяет получить высокую прочность сцепления металла с керамикой, удовлетворительные электрические характеристики изделий.

Существенным недостатком способа является то, что он в силу своих технологических особенностей требует операции спекания металлизационных слоев в печи, не исключает применения драгоценных металлов и не обеспечивает дальнейшего более существенного повышения прочности сцепления металлизационного покрытия с керамикой из-за наличия операции спекания слоев в печи, что в свою очередь ограничивает возможность получения более высокого технического результата.

Предлагаемый способ позволяет устранить недостатки известных способов и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении прочности сцепления металла с керамикой, снижении трудоемкости процесса металлизации путем исключения операции температурного спекания и исключения применения драгоценных металлов без ухудшения электропараметров пьезоэлементов.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе металлизации заготовок пьезокерамических элементов, включающем нанесение многослойного металлизационного покрытия путем вакуумного напыления адгезионного подслоя титана с последующим напылением на него слоя основного медного электрода, указанный технический результат достигается тем, что предварительно в едином технологическом цикле с вакуумным напылением проводят активирование поверхности путем ее очистки в плазме высокочастотного разряда в среде аргона, а на основной слой медного электрода дополнительно напыляют слой никеля.

В данном случае повышение прочности сцепления металла с керамикой, снижение трудоемкости процесса металлизации и исключение применения драгоценных металлов обеспечивается тем, что очистка в плазме высокочастотного разряда позволяет устранить с металлизируемой поверхности инородные частицы, не имеющие с ней прочной механической связи, в результате чего достигается повышение прочности сцепления электрода с керамикой. Этому же способствует и предварительное напыление адгезионного подслоя титана. Выполнение операций в едином технологическом цикле снижает трудоемкость процесса металлизации и исключает необходимость такой операции, как спекание металлизационных слоев, а особенности процесса металлизации в совокупности исключают применение драгметаллов, что удешевляет изделия без ухудшения их электропараметров.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что он отличается от известного предварительным выполнением в едином цикле с вакуумным напылением активирования поверхности путем ее очистки в плазме высокого частотного разряда в среде аргона и напылением на основной слой медного электрода дополнительного слоя никеля. Таким образом, предлагаемый способ является новым, так как его технологические приемы и признаки не известны из существующего уровня техники.

Анализ других технических решений в данной области техники (например, по авт. св. СССР N 872517, патент ФРГ N 2453227) позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ имеет изобретательский уровень, так как его технологические приемы и основные существенные отличия явным образом не следуют из известного уровня техники.

Способ является промышленно применимым, что вытекает из результатов экспериментальной проверки, достигаемого технического результата и практических задач в металлизации пьезокерамики.

Возможность осуществления изобретения подтверждается нижеприведенными сведениями, относящимися к выполнению способа и к результатам экспериментальной проверки.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Предварительно полученные и отшлифованные заготовки пьезоэлементов загружают в специальную кассету и устанавливают над испарителем установки вакуумного напыления, герметично ее закрывают и производят откачку воздуха.

После этого производят активирование поверхностей заготовок, для чего включают установку и воздействуют на заготовки плазмой высокочастотного разряда в среде аргона, добиваясь тем самым качественной очистки и готовности к покрытию металлом. При этом оптимальными параметрами активирования являются значения тока разряда в пределах 1 А, давления аргона порядка 2 ПА. После активирования поверхности заготовок осуществляют нанесение многослойного металлизационного покрытия в едином технологическом цикле с высокочастотной очисткой. Для этого заготовки нагревают до 40-50^оС, устанавливают ток накала испарителей и вакуумное напыление адгезионного подслоя титана толщиной 0,02 мкм при токе разряда 2 А, затем слоя основного медного электрода толщиной 0,8 мкм при токе разряда 3-5 А и защитный слой никеля толщиной 0,2 мкм при токе разряда 2 А. Затем установку отключают, заготовки в кассете перегружают для металлизации противоположной поверхности пьезоэлементов, закрывают установку и производят металлизацию вышеописанным образом. Заметаллизированные заготовки выгружают и передают на последующие операции изготовления пьезоэлементов.

Возможность воспроизводства способа и пьезоэлектрические свойства пьезоэлементов подтверждаются результатами испытаний, сведения о которых приведены в таблице.

Как следует из таблицы, предлагаемый способ в сравнении с известным обеспечивает повышение прочности сцепления электрода с керамикой в 1,3-1,5 раза при снижении трудоемкости в 1,4-1,6 раза без ухудшения электропараметров изделий.

Практическое применение способа в пьезокерамическом производстве позволяет повысить производительность работы, сократить технологические потери и трудоемкость, а также исключить применение серебра при металлизации пьезоэлементов.

В настоящее время разработана технологическая документация и изготовлены опытные образцы изделий на основе предлагаемого способа.

Использование:металлизация обожженных пьезокерамических заготовок. Задача изобретения: повышение прочности сцепления металла с керамикой и снижение трудоемкости процесса металлизации без ухудшения пьезоэлектрических характеристик пьезоэлементов. Сущность изобретения: металлизацию заготовок пьезоэлементов осуществляют путем активирования поверхности очисткой в плазме ВЧ-разряда в среде аргона и нанесения многослойного металлизационного покрытия путем вакуумного напыления адгезионного подслоя Ti с последующим напылением на него слоя основного электрода из Cu и защитного слоя Ni, причем очистку выполняют в едином цикле с напылением слоев металлизационного покрытия. Положительный эффект: повышение производительности в 1,5-2 раза, выхода годных на 6-8% и исключение применения драгоценных металлов. 1 табл.

СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ЗАГОТОВОК ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, включающий нанесение многослойного металлизационного покрытия путем вакуумного напыления адгезионного подслоя титана с последующим напылением на него слоя основного медного электрода, отличающийся тем, что предварительно в едином технологическом цикле с вакуумным напылением проводят активирование поверхности керамики путем ее очистки в плазме высокочастотного разряда в среде аргона, а на основной слой медного электрода дополнительно напыляют слой никеля.