Herstellung hochreiner Aluminiumoxidkeramikplatten für Luft- und Raumfahrtanwendungen und deren Rohstoffe
Hochreine AluminiumoxidkeramikPlatten sind aufgrund ihrer Vorteile wie ausgereifter Produktions- und Verarbeitungstechnologie, niedrigen Kosten, guter Temperaturwechselbeständigkeit, hervorragender elektrischer Isolierung und guter Metallhaftung derzeit weit verbreitete Substratmaterialien. Sie werden auch häufig in elektronischen Nutzlasteinheiten von Raumfahrzeugen eingesetzt, darunter in Bordkanälen für die Mikrowellensignalübertragung, Trägern zur Montage aktiver Komponenten und Wärmeableitungskanälen für Leistungschips. Da es sich um die grundlegendsten Einheiten eines Raumfahrzeugs handelt, wirkt sich das Leistungsniveau der Raumfahrzeugmaterialien direkt auf die Zuverlässigkeit des Raumfahrzeugs im Orbit aus. Daher sind die Eigenschaften hochreiner Aluminiumoxidkeramikplatten für den Betrieb von Raumfahrzeugen von entscheidender Bedeutung.
Bei der Herstellung hochreiner Aluminiumoxidkeramikplatten treten jedoch häufig die folgenden Probleme auf:
❶HochreinAluminiumoxidkeramikPlatten, die aus hochreinem Aluminiumoxidpulver in mehreren komplexen Prozessen hergestellt werden, darunter Foliengießen, Trocknen und Schneiden, Mehrschichtlaminierung, isostatisches Pressen und Sintern, weisen bei geringer Materialreinheit einen erhöhten dielektrischen Verlust auf, was letztendlich zu einer Verschlechterung der Schaltungsleistung führt.
❷Wenn das Material eine geringe mechanische Festigkeit aufweist, kann es bei der Montage und Prüfung von Dünnschichtschaltungsprodukten zu Problemen wie Rissen und Ablösen des Materialkörpers kommen.
❸Oberflächendefekte von Keramikplatten können zu Qualitätsproblemen führen, wie z. B. einer Beeinträchtigung der lokalen Haftung der darauf aufgebrachten Schaltungsfilmschichten und Graten an den Kanten der Leitungen. Diese Probleme beeinträchtigen die Qualität der Schaltungssignale und können sogar zu Fremdkörpern im Produkt führen.
Wichtige Punkte zur Herstellung einer hochreinen Aluminiumoxidkeramikplatte
①Optimierung des Lösungsmittelsystems für Gießschlamm
Verschiedene Lösungsmittelsysteme weisen eine unterschiedliche Anpassungsfähigkeit an die Umgebung auf und können den Feststoffgehalt der hergestellten Aufschlämmung, den Oberflächenzustand des Bandgussfilms und den Filmbildungseffekt beeinflussen. Unter der Voraussetzung, dass Dispergiermittel, Bindemittel und Weichmacher festgelegt sind, gibt es bei den verschiedenen Lösungsmittelsystemen erhebliche Unterschiede im Formzustand des Bandgusses.
②Dickenkontrolle von Gießfolien
Die Dicke einer einschichtigen Bandgussfolie beeinflusst die Dickentoleranz des fertigen Substrats. Die Dicke der Bandgussfolie wird hauptsächlich durch den Schlickerzustand und die Höhe der Bandgussrakel beeinflusst. Mit zunehmendem Feststoffgehalt des Bandgussschlickers nimmt die durchschnittliche Dichte des gesinterten Substrats allmählich zu, und die Schrumpfraten in Breiten- und Dickenrichtung stabilisieren sich tendenziell. Basierend auf dieser Regel ermöglicht die Feinabstimmung des Feststoffgehalts und der Sintertemperatur eine präzise Kontrolle der endgültigen Abmessungen des gesinterten Substrats.
③Kontrolle des Aussehens und der Ebenheit des Substrats
Gutes Aussehen und Ebenheit sind die Grundlage für die technische Anwendung von Platten aus hochreiner Aluminiumoxidkeramik. Es gibt viele Faktoren, die das Aussehen und die Ebenheit des Substrats beeinflussen, wobei Laminieren, Entkleben und Sintern die wichtigsten Prozesse sind.
●Steuerung des Stapelprozesses von Gießfolien.
Um Oberflächendefekte und Probleme mit der Ebenheit von Bandgussfolien während der Laminierungs- und warmisostatischen Pressprozesse (WIP) zu vermeiden, wurden durch mehrere experimentelle Vergleiche die folgenden Ansätze ermittelt:
Verwenden Sie eine breite Folienstreifenlaminierung und schneiden Sie nach dem isostatischen Pressen den Mittelteil ab, um Defekte und unebene Bereiche an den Kanten der bandgegossenen Folienstreifen zu vermeiden. Verwenden Sie gehärtete Glasplatten als Laminierträger, legen Sie die grünen bandgegossenen Folien flach auf die gehärteten Glasplatten und stellen Sie während der Laminierung sicher, dass die Ober- und Unterseiten jedes vom Trägerband entfernten Folienstreifens eine einheitliche Ausrichtung beibehalten. Maßnahmen wie die Verwendung von Trägern aus gehärtetem Glas reduzieren Mikrodefekte auf der Folienoberfläche erheblich und verbessern effektiv die Erscheinungsqualität und Ebenheit.
●Kontrolle des Entbindungsprozesses des Rohmaterials.
Die Funktion des Entklebens besteht darin, organische Stoffe vom Grünkörper zu entfernen. Um den Ofenraum effektiv zu nutzen und Probleme wie Verformungen und Risse während des Entklebens des Rohmaterials zu vermeiden, wird für das beschädigte Substrat im Ofen das Stapelentklebensverfahren angewendet. Mehrere Experimente haben gezeigt, dass das Laminieren ohne Abdeckung die Effizienz ausgleichen und Verformungen und Risse verhindern kann. Durch die Anwendung des Laminierens + Entkleben ohne Abdeckung wurde die Anzahl der Schichten im Entklebensprozess weiter optimiert, und die maximale Schichtanzahl wurde auf 5 festgelegt.
●Steuerung des Sinterprozesses.
Das Sintern ist ein entscheidender Prozess bei der Herstellung von Aluminiumoxidkeramikplatten. Aufgrund der hohen Sintertemperatur neigen Verunreinigungen zur Karbonisierung. Um eine Substratkontamination zu vermeiden, ist die Auswahl der Deckplatten und Pads wichtig. Nach Tests wurde festgestellt, dass die Deckplatte aus poröser hochreiner Aluminiumoxidkeramik und die Padplatte aus dichter hochreiner Aluminiumoxidkeramik besteht. Beide müssen vor der Verwendung mit Ultraschall gereinigt werden.