Металлизированный сварной керамический корпус реле постоянного тока: основная технология герметичного корпуса реле

Металлизированный сварной керамический корпус реле постоянного тока служит важным изолирующим и герметично-уплотняющим компонентом для высоковольтных реле постоянного тока. В нем используется керамическая металлизация и металлокерамическая пайка для создания полностью герметичной дугогасительной полости, изолирующей внутренние контактные системы от влаги, пыли и внешней среды. Это решение устраняет узкие места пластиковых корпусов, подвергающихся циклическому воздействию высокого напряжения и высоких температур, и широко применяется в системах хранения энергии, отключения аккумуляторов электромобилей и системах распределения электроэнергии постоянного тока.

Керамика и металлы имеют совершенно разные физические свойства. Керамика — это неорганический неметаллический материал с превосходной изоляцией и термической стабильностью, а металл обеспечивает превосходную электропроводность и пластичность. Чтобы объединить их сильные стороны для корпуса вакуумного реле из глинозема Al2O3, керамическая металлизация становится незаменимым этапом предварительной обработки. В результате этого процесса на керамических поверхностях образуется прочно связанная тонкая металлическая пленка, что делает керамику пригодной для сварки для последующей пайки с металлическими кольцами или торцевыми крышками. Качество металлизации напрямую определяет герметичность и долговременную надежность готового корпуса реле.

Соединение керамики и металла для металлизированной глиноземной керамики для электрических реле сопряжено с рядом проблем, присущих материалам.

• Несоответствующий коэффициент теплового расширения. Керамика имеет низкое тепловое расширение, в то время как металлы расширяются при нагревании гораздо больше, что легко вызывает появление трещин в местах герметизации швов. Инженеры должны тщательно управлять тепловым напряжением с помощью соответствующих промежуточных металлических слоев.
• Низкая теплопроводность и плохая термостойкость керамики. Во время пайки необходимо свести к минимуму температурные градиенты вокруг зоны сварки и контролировать скорость охлаждения после соединения.
• Большая часть керамики не проводит ток, что исключает традиционные методы электросварки. Для создания надежного соединения требуется керамическая металлизация или активная пайка металлом.
• Стабильная электронная координация внутри молекул керамики создает высокие барьеры для прямого соединения керамики с металлом. Модификация поверхности обязательна перед сваркой.
• Керамика представляет собой ковалентные кристаллические материалы с ограниченной пластической деформацией. В суставах часто возникает хрупкий перелом. Промежуточные буферные слои и непрямая диффузионная сварка обычно применяются для более низкой температуры соединения.
• Для корпусов реле требуются специальные уплотнительные конструкции, которые подразделяются на плоское уплотнение, манжетное уплотнение, штифтовое уплотнение и стыковое уплотнение. Манжетное уплотнение обеспечивает наилучшие эксплуатационные характеристики при соблюдении строгих производственных требований для всех типов соединений.

Механизм металлизации представляет собой сложную комбинацию физической диффузии и химических реакций, включая пластическое течение и перегруппировку частиц. Оксидные компоненты внутри пасты для металлизации вступают в реакцию и диффундируют на разных стадиях спекания. При повышении температуры сырье образует промежуточные соединения и при эвтектической температуре переходит в фазу жидкого стекла. Вязкая стеклофаза создает пластическое течение; Частицы перестраиваются под действием капиллярных сил. Под действием поверхностной энергии атомы диффундируют, зерна растут, поры сжимаются и исчезают, образуя в конечном итоге плотный металлизированный слой для высокоточных керамических компонентов из глинозема.

1. Предварительная обработка основы. Полировка спеченных керамических заготовок до оптической гладкости с помощью алмазной абразивной пасты, контролируя шероховатость поверхности Не более 1,6 мкм. Ультразвуковая чистка в ацетоне и спирте при комнатной температуре в течение 20 минут.
2. Приготовление суспензии металлизации. Взвесьте сырье в соответствии с рецептурой, затем в шаровой мельнице приготовьте суспензию заданной вязкости.
3. Нанесение покрытия и сушка. Равномерно нанесите суспензию металлизации трафаретной печати на керамические подложки. Толщина раствора требует точного контроля: слишком тонкая припой позволяет припою проникнуть в металлизированный слой, а чрезмерная толщина препятствует миграции элементов. Детали с покрытием сушат в печи.
4. Термическая обработка. Спеченные заготовки спекают в восстановительной атмосфере с образованием связующего металлизированного слоя.

Метод Пн-Мн

Для металлизации Mo-Mn используется огнеупорный порошок молибдена, смешанный с порошком марганца, нанесенный на керамику Al₂O₃ и спеченный с образованием металлического слоя. Традиционный процесс Mo-Mn требует высоких температур спекания и потребляет больше энергии; без активаторов прочность уплотнения остается относительно низкой.

Активированный метод Mo-Mn

Активированный Mo-Mn оптимизирован по сравнению с классическим маршрутом Mo-Mn. Модификации включают добавление активаторов или замену металлического порошка оксидами или солями молибдена/марганца с целью снижения температуры спекания. Хотя этот процесс сложен и дорог, он создает прочное соединение и улучшает характеристики смачивания. Это остается наиболее зрелым и широко распространенным решением для металлизации герметичных корпусов реле.

Активная пайка металлов

Активная пайка металлов широко применяется для металлокерамического уплотнения. По сравнению с технологией Mo-Mn, она была разработана примерно на 10 лет позже. Все соединение металлокерамика может быть выполнено за один цикл нагрева. Припой содержит такие активные элементы, как Ti, Zr, Hf и Ta. Эти активные элементы реагируют с глиноземной керамикой и образуют на границе раздела металлические реакционные слои. Этот процесс проще и экономически выгоднее для массового производства. Его ограничение заключается в ограниченном выборе материалов для припоя, что делает его более подходящим для крупных деталей или небольших партий вместо непрерывного высокоскоростного производства.

Медь прямого соединения (DBC)

DBC приклеивает медную фольгу непосредственно на керамические подложки, в основном Al₂O₃ и AlN. Разработанный совместно с корпусом чипов COB, DBC вводит кислород между медью и керамикой. При температуре 1065–1083 градусов эвтектическая жидкость Cu-O образуется и вступает в реакцию с керамической и медной фольгой, образуя фазы CuAlO₂ или Cu(AlO₂)₂ для достижения прочного соединения.

Магнетронное распыление

Магнетронное распыление — это метод физического осаждения из паровой фазы, при котором на керамические подложки наносятся многослойные металлические пленки. Обеспечивает сильную адгезию, низкий уровень загрязнения и контролируемую структуру зерен для получения высококачественных тонких металлических покрытий. Полученная металлизированная пленка является ультратонкой и сохраняет строгие допуски по размерам. Однако его нельзя применять к термочувствительной керамике, такой как пьезоэлектрическая керамика или монокристаллические материалы.

1. Состав металлизации. Разработка рецептуры закладывает основу для качественных слоев металлизации.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 градусов), высокая температура (1450–1600 градусов), средняя температура (1300–1450 градусов) и низкая температура (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Микроструктура слоя металлизации. Микроструктура металлизации определяет окончательные характеристики уплотнения. Качественное металлизированное покрытие плотное, с прочной адгезией. Четкая слоистая структура без сплошных хрупких интерметаллических соединений снижает риск распространения трещин и проплавления припоя.

Другие влияющие факторы включают размер и градацию частиц порошка. Мелкий порошок имеет тенденцию к агломерации и нарушению однородности покрытия. Слишком крупный порошок повышает температуру спекания и ухудшает качество. Техника нанесения и толщина покрытия также оказывают существенное влияние на результаты металлизации.

Металлизированная глиноземная релейная керамика зависит от проверенной керамической технологии металлизации и пайки для достижения надежной герметичной упаковки. Согласование напряжений материала, рецептура металлизации и параметры спекания являются основными переменными, определяющими изоляцию, скорость утечки гелия и срок службы высоковольтных реле постоянного тока. По мере расширения рынков хранения энергии и электромобилей, точная технология керамического металлического уплотнения продолжает развиваться, чтобы удовлетворить требования к более высокому напряжению, миниатюризации и длительному сроку службы для компонентов силовых реле.

Свяжитесь с нашей командой инженеров прямо сейчас для проверки прототипа и оптового ценового предложения.Реле постоянного тока, металлизированный сварной керамический корпус, при поддержке наших собственных производственных линий керамической металлизации и герметичной сварки.