專利名稱：：一種鋁錳玻璃粉及其在a-Al₂O₃單晶片的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于一種用于微波輸能窗的鋁錳玻璃粉及在氧化鋁陶瓷中的應(yīng)用，特別屬于用于耦合腔行波管器件上鋁錳玻璃粉及其在a-Al203單晶片的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：微波真空器件廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、衛(wèi)星通訊等國(guó)防和重點(diǎn)工程，被譽(yù)為電子系統(tǒng)的"心臟"。目前微波真空器件正向大功率、高效率、寬頻帶、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。在微波真空器件結(jié)構(gòu)中，傳送微波的窗體一般具有良好的高頻透過率，它的作用是將微波器件內(nèi)部產(chǎn)生的能量通過輸出窗送到外波導(dǎo)或是外部調(diào)諧腔。大功率微波器件對(duì)能量輸出窗提出了極高的要求，主要是要求輸出窗要具有高頻透過率高、介電損耗小、良好的熱導(dǎo)率、極強(qiáng)的抗熱震性和抗裂性等，為此必須選用氧化鋁單晶替代傳統(tǒng)的95-Al203瓷和BeO瓷作為能量輸出窗窗瓷。氧化鋁單晶具有熱導(dǎo)率高、介電強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高頻透過率比普通氧化鋁陶瓷高出很多，非常適合制作大功率微波器件。然而隨之帶來是氧化鋁單晶與金屬封接的問題。目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的活化Mo-Mn法的主要機(jī)理是利用金屬化材料中活化劑玻璃相的遷移，與陶瓷發(fā)生物化反應(yīng)，使陶瓷與金屬化材料緊密結(jié)合，而氧化鋁單晶由于純度高，在無液相條件下的固相燒結(jié)過程中沒有玻璃相，單晶與金屬化材料的結(jié)合完全依賴固相反應(yīng)，封接強(qiáng)度大大下降。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種使a-Al203單晶片封接強(qiáng)度高的鋁錳玻璃粉及其制備、使用方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為一種鋁錳玻璃粉，包括重量濃度為Mna(50~55)%、A1203:(2530)%、Si02:(15-20)%、Ti02:(12)%，鋁錳玻璃粉的粒度(23)pm，純度不小于99%。玻璃粉中的二氧化鈦能改進(jìn)a-Al203單晶片金屬化燒結(jié)，促進(jìn)玻璃相的互相滲透。一種鋁錳玻璃粉在a-Al203單晶片的應(yīng)用，將鋁錳玻璃粉與鉬粉混合后，涂在a-Al203單晶片上，將a-Al203單晶片放入金屬化燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度(1300-1360)。C，保溫(40~60)min，1000°C以上控制其露點(diǎn)為(15±5)。C。燒結(jié)氛圍為氫氮?dú)怏w，氫氣、氮?dú)怏w積比為1:(0.51)，鉬粉重量濃度(65~75)%，鋁錳玻璃粉余量。所述的鉬粉為純度》99%，粉末應(yīng)為沒有外來雜質(zhì)的灰色，平均粒度3pm，小于5|im的應(yīng)不少于92%。所述的鋁錳玻璃粉與鉬粉的混合方法為a)將鉬粉放入(10001050)。C氫爐內(nèi)進(jìn)行還原處理，保溫(1520)min;b)將鉬粉與鋁錳玻璃粉和瑪瑙球放入球磨罐中,球磨至粒度為小于4pm;c)向球磨混合好的粉料中加入乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉，然后再在球磨機(jī)上混合均勻。在b工序中，鉬粉、鋁錳玻璃粉、瑪瑙球的重量比為(68):(24):20。在c工序中乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉與鉬粉的體積、重量比為(2030)ml:(1020)ml:(4060)ml:70g。一種鋁錳玻璃粉的制備方法，先將石英粉加純水和瑪瑙球按照重量比1:(0.81.2):(0.81.2)球磨混合均勻，然后按照配方中比例加入其它原料，球磨混合均勻；將上述均勻混合物放入氫爐中，燒結(jié)氛圍為氫氮混合氣體，氫氣、氮?dú)怏w積比為l:(0.51)，將混合物在(11301170)。C保溫(1520)min、升溫至(13301370)°C，保溫(8090)min，冷卻至室溫；將上述燒結(jié)物加丙酮和瑪瑙球進(jìn)行球磨，直至粒度達(dá)到(23)pm即可。燒結(jié)物、丙酮、瑪瑙球的重量比為燒結(jié)物丙酮瑪瑙球=1:(L52):(58)。申請(qǐng)人認(rèn)為，由于鋁錳玻璃粉含有玻璃相，在制作鋁錳玻璃粉的過程中使生成玻璃相的原料進(jìn)行熔化燒結(jié)形成玻璃相，加速了下一步金屬化燒結(jié)中玻璃相的遷移，彌補(bǔ)了a-Al203單晶片本身不含玻璃相的缺點(diǎn)。同時(shí)鋁錳玻璃粉在金屬化燒結(jié)時(shí)熔化生成玻璃態(tài)熔融體，它在金屬化層中擴(kuò)散與滲透，填充鉬海綿層中的間隙，并浸潤(rùn)略微氧化的鉬海綿表面，并對(duì)陶瓷表面處晶粒產(chǎn)生溶解作用,這就使陶瓷與鉬層封接在一起，金屬化因此完成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過鋁錳玻璃粉的配方提高了3-^203單晶片中的玻璃相，使金屬化層與單晶片的反應(yīng)活性增強(qiáng)，提高了&-八1203單晶片與金屬封接件的封接強(qiáng)度，降低了封接件的漏氣率，與鉬銅鎳合金等金屬件焊接后，抗拉強(qiáng)度比原來提高了70%，金屬化的燒結(jié)溫度由150(TC降至(13001360)°C，大大降低了對(duì)設(shè)備的要求，并節(jié)約了大量能源。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的封接強(qiáng)度按照SJ3226-199標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明的漏氣率按照SJ20600-1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)施例1:1、鋁錳玻璃粉的制備工序先將石英粉60克加60克純水和60克瑪瑙球，球磨混合均勻，然后再加入堿式碳酸錳140克，制作光學(xué)溶化玻璃的二氧化鈦2克，電真空剛鋁石40克球磨混合均勻；將上述均勻混合物放入氫爐中，燒結(jié)氛圍為氫氮混合氣體，其體積比為3:2、將混合物在115(TC保溫15min、升溫至135(TC，保溫80min，冷卻至室溫；將上述燒結(jié)物加丙酮和瑪瑙球按照比例0.3kg:700ml:1.8kg進(jìn)行球磨，直至粒度達(dá)到(2~3)pm即可。2、鋁錳玻璃粉與鉬粉的混合工序a)將鉬粉放入(10001050)。C氫爐內(nèi)進(jìn)行還原處理，保溫15min;b)將步驟1制備的鋁錳玻璃粉與鉬粉、瑪瑙球按重量比為3:7:20放入球磨罐中,球磨至粒度為小于4pm;c)向球磨混合好的粉料中加入乙酸丁酯和草酸二己酯以及硝棉，乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉，與鉬粉的重量比為25ml:15ml:50ml:70g，然后再在球磨機(jī)上混合均勻。3、&八1203單晶片的燒結(jié)工序?qū)⒉襟E2制備好的鋁錳玻璃粉與鉬粉的混合物，涂在a-Al203單晶片上，將a-Al203單晶片放入金屬化燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度130(TC,保溫40min，IOO(TC以上控制其露點(diǎn)為15。C。燒結(jié)氛圍為氫氮?dú)怏w，其體積比為3:2。實(shí)施例2:除l、鋁錳玻璃粉的制備工序?yàn)橄葘⑹⒎?0克加60克純水和60克瑪瑙球，球磨混合均勻，然后再加入堿式碳酸錳143克，制作光學(xué)溶化玻璃的二氧化鈦2.3克，電真空剛鋁石38克球磨混合均勻；將上述均勻混合物放入氫爐中，燒結(jié)氛圍為氫氮混合氣體，其體積比為3:2、將混合物在1150。C保溫15min、升溫至1350°C，保溫80min，冷卻至室溫；將上述燒結(jié)物加丙酮和瑪瑙求按照比例0.3kg:700ml:1.8kg進(jìn)行球磨，直至粒度達(dá)到(23)pm即可。其余與實(shí)施例l相同。實(shí)施例3:除l、鋁錳玻璃粉的制備工序?yàn)橄葘⑹⒎?0克加60克純水和60克瑪瑙球，球磨混合均勻，然后再加入堿式碳酸錳150克，制作光學(xué)溶化玻璃的二氧化鈦2.5克，電真空剛鋁石35克球磨混合均勻；將上述均勻混合物放入氫爐中，燒結(jié)氛圍為氫氮混合氣體，其體積比為3:2、將混合物在115(TC保溫15min、升溫至1350°C，保溫80min，冷卻至室溫；將上述燒結(jié)物加丙酮和瑪瑙求按照比例0.3kg:700ml:1.8kg進(jìn)行球磨，直至粒度達(dá)到(23)nm即可。其余與實(shí)施例l相同。實(shí)施例4:除3、a-Al2Cb單晶片的燒結(jié)工序?yàn)閷⒉襟E2制備好的鋁錳玻璃粉與鉬粉的混合物，涂在a-Al203單晶片上，將a-Al203單晶片放入金屬化燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度133(TC，保溫50min，IOO(TC以上控制其露點(diǎn)為l(TC。燒結(jié)氛圍為氫氮?dú)怏w，其體積比為3:2外，其余與實(shí)施例2相同。實(shí)施例5:除3、a-Al203單晶片的燒結(jié)工序?yàn)閷⒉襟E2制備好的鋁錳玻璃粉與鉬粉的混合物，涂在a-Al203單晶片上，將a-Al203單晶片放入金屬化燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度136(TC，保溫60min，IOOO'C以上控制其露點(diǎn)為20。C。燒結(jié)氛圍為氫氮?dú)怏w，其體積比為3:2外，其余與實(shí)施例2相同。實(shí)施例l一5所制備的a-Al203單晶片的技術(shù)指標(biāo)如表1所示表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種鋁錳玻璃粉，其特征在于包括重量濃度為MnO50～55％、Al2O325～30％、SiO215-20％、TiO21～2％，鋁錳玻璃粉的粒度2～3μm，純度不小于99％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁錳玻璃粉在3-八1203單晶片的應(yīng)用，其特征在于將鋁錳玻璃粉與鉬粉混合后，涂在a-Al203單晶片上，將&八1203單晶片放入金屬化燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度13001360°C，保溫4060min，IOOO'C以上控制其露點(diǎn)為15±5°C。燒結(jié)氛圍為氫氮?dú)怏w，氫氣、氮?dú)怏w積比為1:0.51，鉬粉重量濃度6575%，鋁錳玻璃粉余量。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁錳玻璃粉在a-Al203單晶片的應(yīng)用，其特征在于所述的鉬粉為純度》99%，粉末應(yīng)為沒有外來雜質(zhì)的灰色，平均粒度3pm，小于5pm的應(yīng)不少于92%。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁錳玻璃粉在a-Al203單晶片的應(yīng)用，其特征在于所述的鋁錳玻璃粉與鉬粉的混合方法為-a)將鉬粉放入1000105(TC氫爐內(nèi)進(jìn)行還原處理，保溫1520min;b)將鉬粉與鋁錳玻璃粉和瑪瑙球放入球磨罐中，球磨至粒度為小于4pm;c)向球磨混合好的粉料中加入乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉，然后再在球磨機(jī)上混合均勻。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋁錳玻璃粉在a-Al203單晶片的應(yīng)用，其特征在于在b工序中，鉬粉、鋁錳玻璃粉的重量比為68:24:20。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋁錳玻璃粉在a-Al203單晶片的應(yīng)用，其特征在于在c工序中乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉與鉬粉的體積、重量比為2030ml:1020ml:4060ml:70g。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁錳玻璃粉的制備方法，其特征在于先將石英粉加純水和瑪瑙球按照重量比1:0.81.2:0.81.2球磨混合均勻，然后按照配方中比例加入其它原料，球磨混合均勻；將上述均勻混合物放入氫爐中，燒結(jié)氛圍為氫氮混合氣體，氫氣、氮?dú)怏w積比為l:0.51,將混合物在1130117(TC保溫1520min、升溫至13301370°C，保溫80卯min,冷卻至室溫；將上述燒結(jié)物加丙酮和瑪瑙球進(jìn)行球磨，直至粒度達(dá)到23拜即可。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋁錳玻璃粉的制備方法，其特征在于燒結(jié)物、丙酮、瑪瑙球的重量比為燒結(jié)物丙酮瑪瑙球=1:1.52:58。全文摘要本發(fā)明公開了一種鋁錳玻璃粉及其在a-Al₂O₃單晶片的應(yīng)用，所述的鋁錳玻璃粉包括重量濃度為MnO50～55％、Al₂O₃25～30％、SiO₂15-20％、TiO₂1～2％，鋁錳玻璃粉的粒度2～3μm，純度不小于99。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過鋁錳玻璃粉的配方提高了a-Al₂O₃單晶片中的玻璃相，使金屬化層與單晶片的反應(yīng)活性增強(qiáng)，提高了a-Al₂O₃單晶片與金屬封接件的封接強(qiáng)度，降低了封接件的漏氣率，與鉬銅鎳合金等金屬件焊接后，抗拉強(qiáng)度比原來提高了70％，金屬化的燒結(jié)溫度由1500℃降至1300-1360℃，大大降低了對(duì)設(shè)備的要求，并節(jié)約了大量能源。文檔編號(hào)C03C8/00GK101177336SQ200710025628公開日2008年5月14日申請(qǐng)日期2007年8月3日優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日發(fā)明者劉志意,吳華夏,周恩榮,娟李,銳李,兵肖,阮智文申請(qǐng)人:安徽華東光電技術(shù)研究所