AlN陶瓷表面金屬化的研究.pdf

1、本論文采用磁控濺射法在AlN陶瓷表面沉積上一層不同厚度的Ti金屬層，隨后使用電化學(xué)沉積法在Ti金屬表面沉積上一層Cu金屬層，使三層物質(zhì)之間緊密結(jié)合，并在Ar氣氛中在500-700℃之間進行熱處理，實現(xiàn)AlN陶瓷表面Cu金屬化。研究分析了Cu/Ti結(jié)合規(guī)律、Ti在AlN陶瓷表面沉積方式和AlN/Ti/Cu結(jié)合性能的影響因素。結(jié)果表明：
　?。?）當(dāng)保溫時間相同時，隨著保溫溫度的升高，Cu與Ti之間的結(jié)合越來越緊密，Cu與Ti之間的擴

2、散反應(yīng)層由500℃保溫1h的幾乎不可見增加到700℃保溫1h的3.75μm，擴散反應(yīng)層中產(chǎn)生的相也由最初的CuTi一相增加到700℃的5相，其中包括Cu4Ti3、Cu3Ti2、CuTi、CuTi2和CuTi3，而CuTi依然產(chǎn)生最早，Cu/Ti結(jié)合的抗拉強度也隨著溫度的增加而增強，側(cè)面反應(yīng)了其中間層結(jié)合強度增強，但其脆性也隨之增加。當(dāng)溫度低于500℃時，Cu與Ti的將難以結(jié)合。
　　（2）當(dāng)保溫溫度相同時，隨著保溫時間的增加，Cu

3、與Ti之間的結(jié)合越來越緊密，其中間層厚度明顯增加，在保溫溫度為600℃和650℃的樣品在保溫時間延長到5h和6h后，厚度分別由保溫時間為1h的2.25μm和3μm增加到3.6μm和4.5μm左右，且都檢測出了新相Cu3Ti和Cu4Ti，但是其中CuTi產(chǎn)生最早，而其增加的相只是原有的相的含量達到XRD檢測的最低限度，Cu/Ti結(jié)合件的抗拉強度也隨著時間的增加而增強，側(cè)面反應(yīng)了其中間層的硬度增強，但其脆性也隨之增加。
　　（3）在一

4、定的濺射工作功率（145W）時，Ti在AlN陶瓷表面先成核形成小島狀點，隨后小島長大合并成大島狀，之后島狀物在相連，形成帶狀覆蓋在陶瓷表面，然后帶狀不斷擴張相連，形成完整的Ti覆蓋層，濺射時間越長，至少要30min以上才能得到連續(xù)的Ti沉積層，其Ti沉積層越厚且越均勻連續(xù)，但是Ti層過厚會導(dǎo)致AlN陶瓷與金屬之間的中間層過厚，影響結(jié)合件的導(dǎo)熱性能。
　　（4）在AlN/Ti沉積件進行熱處理的過程中，AlN基體會與Ti產(chǎn)生反應(yīng)，這個

5、反應(yīng)是從陶瓷與金屬的連接處開始進行的，在相同的保溫時間的情況下，保溫溫度越高會導(dǎo)致反應(yīng)物區(qū)域越厚，在Ti沉積層厚度為1.7μm左右時，樣品在700℃下保溫1h后，AlN陶瓷基體與Ti的反應(yīng)產(chǎn)物將覆蓋整個Ti金屬層，從而反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物將會開始影響到樣品Ti一側(cè)的表面形貌，其反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物主要為TiN和TiO2,其中TiN為AlN與Ti直接反應(yīng)的產(chǎn)物，而TiO2這是通過Ti與AlN陶瓷燒結(jié)時添加的燒結(jié)助劑中的O反應(yīng)產(chǎn)生的。
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