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《浙江工业大学》 2016年
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AIN陶瓷表面金属化的研究

侯俊  
【摘要】:本论文采用磁控溅射法在AlN陶瓷表面沉积上一层不同厚度的Ti金属层,随后使用电化学沉积法在Ti金属表面沉积上一层Cu金属层,使三层物质之间紧密结合,并在Ar气氛中在500-700℃之间进行热处理,实现AlN陶瓷表面Cu金属化。研究分析了Cu/Ti结合规律、Ti在AlN陶瓷表面沉积方式和AlN/Ti/Cu结合性能的影响因素。结果表明:(1)当保温时间相同时,随着保温温度的升高,Cu与Ti之间的结合越来越紧密,Cu与Ti之间的扩散反应层由500℃保温1h的几乎不可见增加到700℃保温1h的3.75μm,扩散反应层中产生的相也由最初的CuTi一相增加到700℃的5相,其中包括Cu_4Ti_3、Cu_3Ti_2、CuTi、CuTi_2和CuTi_3,而CuTi依然产生最早,Cu/Ti结合的抗拉强度也随着温度的增加而增强,侧面反应了其中间层结合强度增强,但其脆性也随之增加。当温度低于500℃时,Cu与Ti的将难以结合。(2)当保温温度相同时,随着保温时间的增加,Cu与Ti之间的结合越来越紧密,其中间层厚度明显增加,在保温温度为600℃和650℃的样品在保温时间延长到5h和6h后,厚度分别由保温时间为1h的2.25μm和3μm增加到3.6μm和4.5μm左右,且都检测出了新相Cu_3Ti和Cu_4Ti,但是其中CuTi产生最早,而其增加的相只是原有的相的含量达到XRD检测的最低限度,Cu/Ti结合件的抗拉强度也随着时间的增加而增强,侧面反应了其中间层的硬度增强,但其脆性也随之增加。(3)在一定的溅射工作功率(145W)时,Ti在AlN陶瓷表面先成核形成小岛状点,随后小岛长大合并成大岛状,之后岛状物在相连,形成带状覆盖在陶瓷表面,然后带状不断扩张相连,形成完整的Ti覆盖层,溅射时间越长,至少要30min以上才能得到连续的Ti沉积层,其Ti沉积层越厚且越均匀连续,但是Ti层过厚会导致AlN陶瓷与金属之间的中间层过厚,影响结合件的导热性能。(4)在AlN/Ti沉积件进行热处理的过程中,AlN基体会与Ti产生反应,这个反应是从陶瓷与金属的连接处开始进行的,在相同的保温时间的情况下,保温温度越高会导致反应物区域越厚,在Ti沉积层厚度为1.7μm左右时,样品在700℃下保温1h后,AlN陶瓷基体与Ti的反应产物将覆盖整个Ti金属层,从而反应产生的产物将会开始影响到样品Ti一侧的表面形貌,其反应产生的产物主要为TiN和TiO_2,其中TiN为AlN与Ti直接反应的产物,而TiO_2这是通过Ti与AlN陶瓷烧结时添加的烧结助剂中的O反应产生的。(5)AlN/Ti/Cu结合样品中,通过Ti同时与Cu反应产生Cu/Ti金属间化合物以及与AlN陶瓷反应产生TiN而得到结合良好的样品,随着保温温度的提高,其界面反应越随之加强。(6)由于在制备样品或者热处理的过程中,处在Cu/Ti界面处的Ti产生氧化物,导致Ti与Cu分离,经过热处理后导致AlN/Ti/Cu结合件表面鼓泡产生,通过消除减少氧化物的产生可以减少鼓泡的发生。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ174.6

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