Al2O3陶瓷表面銅金屬化的研究.pdf

1、本論文采用電化學(xué)沉積法在不同pH值條件預(yù)先在Cu箔表面沉積制備一層Cu2O薄膜，隨后將Cu箔具有Cu2O一側(cè)與Al2O3陶瓷緊密結(jié)合，并在N2氛圍下加熱至1075℃，實現(xiàn)Al2O3陶瓷表面覆Cu金屬化。研究分析了Cu2O薄膜微觀形貌及Cu/Al2O3結(jié)合強度的影響因素。結(jié)果表明：
　　⑴當(dāng)電沉積溶液pH值在9-12之間變化時，Cu2O薄膜的微觀形貌隨之發(fā)生變化。溶液pH通過影響Cu2O晶粒的擇優(yōu)取向讓晶粒尺寸從相對較小、較致密均勻

2、的四面體轉(zhuǎn)變?yōu)槿庵?，及晶粒尺寸較大、不規(guī)則的三面體；且Cu2O薄膜的微觀形貌會影響Cu2O/Cu的結(jié)合強度。當(dāng)溶液pH值為9、11、12時，Cu2O/Cu的結(jié)合強度從4950mN下降到4712mN、3935mN。
　?、齐娏髅芏鹊母淖儠绊慍u2O晶粒的擇優(yōu)取向，但相對于pH值影響較??；電流密度增大可以提高電沉積反應(yīng)速率，但此時的Cu2O薄膜中有單質(zhì)Cu雜質(zhì)生成；Cu2O薄膜主要以島狀方式生長，電沉積時間越長，Cu2O薄膜越厚，

3、薄膜表面越均勻連續(xù)。但Cu2O薄膜過厚會影響Cu2O/Cu的結(jié)合強度。
　?、请S著電沉積制備Cu2O薄膜溶液的pH值增大，DBC共晶反應(yīng)后Cu/Al2O3的結(jié)合強度降低。主要原因：①電沉積制備Cu2O薄膜時，溶液的pH值會影響Cu2O/Cu的結(jié)合強度，隨著電解液的pH值增大，Cu2O/Cu的結(jié)合強度逐漸降低。Cu2O/Cu的結(jié)合強度會間接影響Cu/Al2O3的結(jié)合強度；②當(dāng)電沉積溶液pH值增大時，Cu2O薄膜的微觀形貌變的不均勻致

4、密，Cu/Al2O3界面的空隙增大，在DBC過程中N2或O2滯留在空隙中形成界面孔洞?？障对酱?，Cu/Al2O3界面孔洞的數(shù)量及直徑將會增加，即Cu/Al2O3界面的實際結(jié)合面積隨著pH增大而減小，結(jié)合面積的減小必然降低Cu/Al2O3的結(jié)合強度。
　?、菴u/Al2O3界面無規(guī)則的小孔洞主要是由于共晶反應(yīng)完成后還有大量剩余的Cu2O顆粒滯留在Cu/Al2O3界面層而形成的；而規(guī)則球形大孔洞主要為共晶反應(yīng)中引入的保護氣體如N2、A

5、r以及在高溫、低氧分壓條件下Cu2O分解產(chǎn)生O2而形成；針對界面孔洞產(chǎn)生的原因，提出了一種減少界面孔洞的工藝。
　　⑸將熱氧化法和電沉積法制備的Cu2O/Cu與Al2O3基板共晶結(jié)合，后者的結(jié)合強度更大。
　　⑹DBC共晶反應(yīng)產(chǎn)物生成速度極其緩慢。當(dāng)保溫時間較短時，Cu/Al2O3界面反應(yīng)產(chǎn)物主要為CuAlO2、CuAl2O4的混合物，且界面無明顯的結(jié)合層；將保溫時間延長至7h時，界面只存在CuAlO2相，CuAl2O4相幾