雷射輻照的金屬化電陶瓷的製作方法
2023-10-24 02:55:47 2
專利名稱：雷射輻照的金屬化電陶瓷的製作方法
技術領域：
本發明涉及電工技術，特別是涉及電陶瓷部件如壓敏電阻。本發明還涉及按權利要求1的前述部分製備電陶瓷部件的方法。
背景技術：
電陶瓷部件是可電觸點接通和可對其施加電壓的陶瓷部件，以滿足電功能、電化學功能或其它的功能。其主要成分是電陶瓷。電陶瓷部件的實例是高溫超導部件、壓電晶體部件、陶瓷電容器、熱敏電阻和冷敏電阻、陶瓷電阻、陶瓷氣體傳感器和壓敏電阻。後者將在下面詳述。
壓敏電阻是具有非線性電流-電壓特性曲線的電陶瓷部件，它主要用作中壓領域、高壓領域以及低壓領域的導體。主要應用基於燒結熱敏陶瓷如基於摻雜的ZnO的燒結熱敏陶瓷的金屬氧化物-熱敏電阻。為與之接觸，通過為這種或其它電陶瓷提供兩個(或多個)金屬電極，其中該接觸必須具有低的接觸電阻和高的電流負荷量。此外，在其陶瓷表面上還需一層高粘附性的金屬層，以確保可靠的和機械穩定的接觸。
在US 6169038中公開了一種使半導體表面粗糙化的方法，其中將表面經酸蝕刻。通過蝕刻過程產生表面的微粗糙度。如果為這類粗糙化的表面提供金屬化，則由於微粗糙度在半導體和金屬層之間產生強的嚙合，以致達到金屬層和半導體表面之間的優良粘附。類似的蝕刻方法被用在製備壓敏電阻和其它的電陶瓷部件中。
在這類蝕刻方法中產生要加以處置的化學廢物，並且在實施這類方法時由於所用化學試劑的危險性必須採取昂貴的安全措施。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種一開始所提到的方法，該方法不具有上述缺點。通過本發明的方法特別可進行電陶瓷的安全和對環境無害的金屬化。
本發明的目的以權利要求1的特徵部分來實現。
在權利要求17中還要求保護雷射的應用。
在用於製備電陶瓷部件的本發明方法中，要在燒結的電陶瓷體的至少一個表面部分上實施金屬化。該方法的特徵在於實施金屬化前要對該表面部分進行雷射輻照。
因此，可通過雷射光線輻照來代替其它用於表面部分處理的方法如蝕刻、研磨、噴砂或切削加工，雷射輻照法是一種對環境無害的快速方法。此外，通過雷射輻照可產生特別有利的表面部分的特徵。
雷射輻照的另一個明顯的優點是其要金屬化的表面部分的形狀可以簡單的方式和實際上任意地選定。例如溼化學方法中，必須在電陶瓷體上塗敷掩模，以將電陶瓷體的表面部分與要處理部分分開。在雷射輻照時，雷射束可經簡單控制以僅使要金屬化的表面部分受輻照。這樣就能以簡單的方法實現覆蓋該電陶瓷體的所限定的面即限定的部分的金屬化(電極)。
特別是如果通過雷射輻照提高了金屬化在電陶瓷體上的粘附性，則有可能特別是用金屬化方法來產生相當好的電極形狀，而這種金屬化方法，至少是在不採用掩模的情況下，是不可能在有限的表面區域內得到可定域的金屬化(例如由氣相或電化學的金屬沉積)。在未受雷射輻照的表面區域，沉積金屬的粘附性小於在受雷射輻照表面部分上的粘附性，以致那裡的金屬可容易地從電陶瓷體上去掉，例如通過刷的方法去掉。或在未受雷射輻照表面區域的金屬粘附性是如此之小，以致那裡未產生金屬沉積，即未發生金屬化。
特別是當該電陶瓷體有兩個通過至少一條稜邊相互分開的外表面，其中對兩個外表面的每一個都要提供至少一個金屬化(電極)並且規定在這兩電極之間要加以電壓時，則可簡單地製備所定義的要金屬化的表面部分是有利的。可如此選擇至少一個表面部分(並進行金屬化)，以使其離稜邊有間隔。在該稜邊和該表面部分之間有一條排列的邊界。與該金屬化是伸展到稜邊情況相比，以這種方法就減少了從一個電極到另一個電極的電火花放電的可能性。優選是兩金屬化(電極)具有一個邊界。
如果通過在表面部分中的雷射輻照將電陶瓷的材料去掉，並且如果在雷射輻照後該電陶瓷體有一條在該表面部分上未被輻照或與所述表面部分相比較少雷射輻照的與所述表面部分鄰接的邊界，則可進一步改進耐火花放電性。經雷射輻照後，未經(或少量經)雷射輻照的邊界鄰近該表面部分，該邊界相對於該表面部分是凸出的。該邊界高出該表面部分，並可減少越過邊界的電火花放電的可能性，特別是當該金屬化也被邊界高出的情況。
與其它製備用於金屬化的表面部分的方法相比，雷射輻照的優點是，可用簡單的方法不僅能處理平面，也可處理曲面，例如圓柱形筒的面。
用雷射輻照表面部分來使其粗糙化是特別有利的。這種粗糙化有助於在電陶瓷體上特好地固定金屬化。如此達到的粗糙度的橫向擴展通常為0.1μm-50μm，大多數為2μm-20μm，垂直擴展通常為0.1μm-10μm，大多數為0.3μm-5μm。可達到金屬化的特別好的粘附性和抗脫落性，達到了較高的粗糙度。
在施加金屬化之前，有利的是使該表面部分經雷射輻照以通過該表面部分的化學特性的改性來改進金屬化的粘附性。類似於蝕刻方法，通過雷射輻照可改變電陶瓷體表面的化學組成，如改變表面上的氧化物的化學計量。通過該表面部分的化學組成的改變還可改進金屬化的粘附性。
有利的是該表面部分可經雷射輻照以增大該表面部分的橫嚮導電性。
燒結的電陶瓷體的表面與該燒結的電陶瓷體的體積內有基本相同的電特性。但對於低的接觸電阻常希望有較大的橫嚮導電性。在表面部分上的兩個以間隔施加的電極的情況下，由電流-電壓-比產生的橫嚮導電性通過雷射輻照可明顯，特別是呈幾個數量級地下降。
在壓敏電阻情況下，特別是在低於壓敏電阻的接通電壓(擊穿電壓)的電壓時存在非常大的電阻。在表面部分上的兩個以間隔施加的電極的情況下由電流-電壓-比產生的橫嚮導電性通過雷射輻照可明顯，特別是呈1-2個數量級或最高達至少7-9個數量的下降，這視在壓敏電阻上所施加的電壓而定。僅薄的表面區域對橫嚮導電性起作用。
以這種方法達到金屬化相對於電陶瓷體(壓敏電阻體)的低接觸電阻。由此該(該壓敏電阻的)電陶瓷體具有有利的電特性和改進的可接觸性。可明顯降低接觸電阻。
大部分情況下，該表面部分在陶瓷體燒結後具有波紋度。即表面部分具有變形。這類波紋度或變形的橫向擴展為50μm-30mm，大部分為100μm-10mm，其垂直擴展通常為5μm-500μm，大部分為10μm-200μm。在施加金屬化前通過雷射輻照可降低該表面部分的波紋度，即降低了不平整度或波紋度的垂直擴展。使該表面部分變平滑了。
由此達到該電陶瓷部件有改進的電特性和機械特性，因為可實現電場、電流和機械(壓力)負荷的均勻分布。
例如壓敏電阻常在大的機械壓力下接觸，優選是在熱敏電壓的相對兩側上所安置的兩個金屬化層的每個上壓上通常由鋁製成的接觸板，以確保優良的電接觸。當波紋度(雷射輻照前)大時，在接觸板和金屬化層之間的機械和電接觸僅相對較小，並且在表面部分上形成間隔較遠的觸點。由此在向接觸板施加壓緊壓力時，在壓敏電阻體(電陶瓷體)上發生非常不均勻地力導入。此外，在電流衝擊(電流脈衝)、壓力衝擊(機械壓力波)情況下，存在的觸點越少，對觸點的這種衝擊就越大。而且電流衝擊還導致在觸點上的局部加熱。這三種現象的每一個通常都導致在陶瓷上快速形成裂紋。這種裂紋常近表面，其起始點通常接近一些觸點處。這種裂紋使金屬化與陶瓷以及壓敏電阻體之間的電接觸和機械接觸惡化。如果在施加金屬化前使該陶瓷以合適的方式經雷射輻照，則可明顯減少該波紋度(特別是在垂直方面上)，由此就可存在明顯較多的接觸點數目和較大的接觸點密度。因此，將雷射輻照用於欲施加金屬化的壓敏電阻陶瓷/電陶瓷的預處理可明顯增加該壓敏電阻/電陶瓷部件的使用時間。這可達到在整個金屬化的表面部分的均勻電流分布和均勻壓力分布。在其它電陶瓷情況下，通過金屬化前的雷射輻照可解決類似的問題。
在一個特別優選的製備工藝的方案中，採用聚焦雷射束作為雷射。特別是該表面部分在施加金屬化前經聚焦雷射束輻照來降低該表面部分的波紋度，由此達到特別好的和有效的表面部分的平整性。以這種方法使雷射束的能量密度在近電陶瓷體的表面處為最大，而在陶瓷體的內部(表面以下)有小的能量密度，由此對陶瓷材料有小的影響。特別是該雷射束聚焦在平行於要使平面部分的波紋度均化的平面上。由此，達到特別好的平整度和特別小的表面部分的波紋度。
另一個特別優選的實施方案的特徵在於，為了在雷射輻照前平整彎曲的表面部分，則在表面部分的單位面積上由該雷射束沉積的能量要依表面部分上的位置來選擇。如果選用在該表面部分的單位面積上由該雷射束沉積的能量要依表面部分上的位置來選擇的方法，則有利的方法是該表面部分面積所經受的雷射束的光功率和/或雷射束的輻照直徑和/或每單位時間由雷射束輻照的面積和/或輻照數目均根據表面部分上的位置來選擇。
由此可除去其垂直擴展的數量級通常為0.1mm-3mm的不希望有的形狀偏差或至少可明顯地減少。例如該雷射束可多次通過要平整的區域和/或在要平整的區域緊鄰光柵線行進和/或沿光柵線較慢地和/或以較大光強度行進。在雷射輻照前或雷射輻照期間優選對陶瓷進行測量，以確定形狀偏差程度和相應所需的雷射強度。這達到在表面部分上與位置相關的材料剝蝕。與採用聚焦雷射輻照但無與位置相關的剝蝕率相比，可修改更大的波紋度或形狀偏差。
在本發明的另一個優選實施方案中，該電陶瓷體具有顆粒結構，在該表面部分上存在有電陶瓷體的鬆散的顆粒和/或顆粒複合體，和/或在顆粒結構的裂紋中存在電陶瓷體的顆粒和顆粒複合體。該表面部分在施加金屬化前經雷射輻照以剝蝕這些顆粒和/或顆粒複合體。在壓敏電阻中這種顆粒的典型線性尺寸為10μm-數百μm。
通過該表面的機械加工(例如切割、研磨或清刷)會引入缺陷，如在陶瓷體中的裂紋，特別是在最上面的顆粒層中。因此，表面部分的最上層常由鬆散的顆粒複合體構成，由此降低了金屬化的粘附性。這種鬆散的或在裂紋中分布的顆粒或顆粒複合體可通過雷射輻照去除，以達到在陶瓷體和金屬化之間的優良的、均勻的電接觸和機械接觸(高的抗拉強度)。
在燒結過程中電陶瓷體以其至少一部分表面部分放置在燒結支撐板上。這時在燒結過程結束後會有燒結支撐板的組分保留在表面部分中。通過在施加金屬化前用雷射輻照該表面部分可有利地剝蝕掉這類燒結支撐板的組分。這樣達到該表面部分的均質特性，由此消除了由這種燒結支撐板的組分引起的電特性方面的局部差別。
在施加金屬化之前或之後，可為電陶瓷體至少部分施加不導電的鈍化層。如果這種鈍化層在施加金屬化之前提供，那麼部分鈍化層會存在表面部分上。在這種情況下，該表面部分在施加金屬化前優選經雷射輻照，以剝蝕這類在表面部分上存在的鈍化層部分。這就可避免由於這種鈍化層部分引發的在金屬化和電陶瓷體之間的大的和不均勻的接觸電阻，以致在金屬化和電陶瓷體之間達到均勻的電特性及小的電阻。
該電陶瓷部件可以是例如壓敏電阻或高溫超導部件或壓電陶瓷部件或陶瓷電容器或熱敏電阻或冷敏電阻或陶瓷電阻或陶瓷氣體傳感器。
如果該電陶瓷部件是壓敏電阻並且該電陶瓷體是壓敏電阻體，優選該壓敏電阻體是摻雜的燒結金屬氧化物陶瓷，優選是基於ZnO、SnO2、SrTiO3或TiO2，或是摻雜的碳化物陶瓷如SiC。
當該陶瓷體是壓敏電阻體時，很有利的是該壓敏電阻體的表面部分經雷射輻照以減少該表面部分的橫嚮導電性的電壓相關性。特別是可將雷射輻照前存在的壓敏電阻類的橫嚮導電性的電壓相關性轉變成(近似)歐姆特性曲線。
燒結陶瓷體的表面的電特性通常基本上與該燒結陶瓷體的體內的電特性相同。在低於壓敏電阻的接通電壓(擊穿電壓)的電壓時，它呈具有大電阻的強非線性電流-電壓-特性曲線。該表面部分的橫嚮導電性的與電壓的強相關性可被減小到基本上是線性的，即具有歐姆特性曲線。在雷射輻照後，存在基本上是歐姆特性的橫嚮導電性以代替壓敏電阻類的在表面上流動的電流與所存在的電壓之間的強的非線性關係(在薄的表面區域)。由此該壓敏電阻具有合適的電特性和改進的可接觸性。
在另一實施方案中，該電陶瓷體主要成形為圓柱形、盤形或板形，其中在該圓柱體或盤或板的兩個相互平行的界面上各設置表面部分，在該兩個表面部分上每一個都施加金屬化。金屬化的施加優選通過熱噴塗進行。
在另一實施方案中，該電陶瓷體基本上是管形或圓柱形，其中在兩個互相以軸向間隔開的基本上呈環狀排列在管或圓柱體外表面上的表面部分上，為每一表面部分施加金屬化。金屬化的施加優選通過熱噴塗進行。
在本發明的雷射光線的應用中，它是用作在電陶瓷特別是壓敏電阻陶瓷上施加金屬化的預處理。
其它的優選實施方案和優點可由從屬權利要求及附圖得知。
附圖簡述下面將按在附圖中說明的優選實施例來詳細闡明本發明的主題
圖1是本發明的壓敏電阻的截面圖。
圖2是雷射輻照前的表面部分。
圖3是雷射輻照後的表面部分。
圖4是經雷射輻照和未經雷射輻照的壓敏電阻表面部分的電流-電壓-特性曲線。
圖5是本發明的具有部分金屬化表面的板形壓敏電阻的截面圖。
圖6具有兩個環狀電極的管形電陶瓷的三維示圖。
圖中所用的標號及其含意綜合於標號表中。基本上是在圖中相同的或起相同作用的部分具有相同的標號。所述的實施例示例性地代表本發明的主題，並不具有限制的作用。
實施本發明的方法圖1以本發明製備的壓敏電阻1作為電陶瓷部件的截面示圖。該壓敏電阻基本上呈圓柱形，具有壓敏電阻體2。該圓柱體的頂面和底面形成表面部分5和6，其上提供有金屬化3和4。未金屬化的圓柱周面帶有鈍化層7。
該壓敏1電阻優選用作在高壓、中壓以及低壓領域的過壓保護。關於壓敏電阻的基本原理和其優選使用的材料例如可參看書「Ceramic Transaction」，Vol.3，編者L.M.Levinson，AmericanCeramic Society，1988或D.R.Clarke，Varistor Ceramics，J.Am.Ceram.Soc.，82(1999)，pp 485-502。將後一出版物的全部公開內容引入本描述中。關於電陶瓷的基本原理和優選使用的材料例如可參考書「Ceramic Materials for Electronics」，編者Relva C.Buchanan，Electrical Engineering and Electronics/31，1986。
壓敏電阻體2是燒結陶瓷，優選是基於金屬氧化物，特別是ZnO的燒結陶瓷。該壓敏電阻體2除含基礎金屬氧化物外還含有作為摻雜的其它元素，例如Bi、Sb、Co、Mn、Cr。壓敏電阻體2優選是以單塊形成。
金屬化3、4用於壓敏電阻體2的接觸，並形成電極3，4。金屬化3、4應具有大的載流性及與陶瓷2的低接觸電阻。此外，它還具有優良的在陶瓷上的粘附性(高的抗拉強度)。該金屬化3、4優選由Al、Zn、Cu、Ag或合金如黃銅製成。
金屬化3、4是在表面部分5和6上施加的。在圖1中表面部分5、6相應於圓柱形壓敏電阻體2的頂面和底面。這些表面部分可以是較大的，並包括頂面或底面，或也可以任選是較小的，被頂面或底面所包括。在圖1中，金屬化3、4完全配置在表面部分5、6上。鈍化層7是不導電的，優選是玻璃類、陶瓷的或聚合物。
為了製備壓敏電阻1，將呈粉末狀的壓敏電阻陶瓷2的組分混合、壓制和然後再在通常為900℃-1500℃的溫度下將其放在燒結支撐板上燒結。接著可對壓敏電阻陶瓷2進行粗淨化，例如用刷除淨化。
然後對如此製得的燒結陶瓷2的表面以雷射束進行全部或優選部分輻照。在圖1所示的壓敏電阻1的情況下，該頂面和底面經完全雷射輻照。優選是該雷射束以光柵的方式通過要處理的表面。該雷射輻照的參數優選為-光波長為600nm-14000nm，優選900nm-1200nm，特別是1064nm(Nd:YAG-雷射器)或10600nm(CO2-雷射器)。
-脈式光束，脈衝頻率為500Hz-80kHz，優選5kHz-20kHz(cw-運行也是可以的)。
-平均雷射功率為60w-200w，優選80w-200w-輻照的面積速率0.1cm2/s-20cm2/s，優選0.5cm2/s-4cm2/s。
優選是每個面段僅輻照一次；但也可並優選是在同一面段上輻照2次或多次。
因為用雷射輻照的區域(掃描區域)是可以電子或以計算機輔助來控制的，所以也可產生複雜的幾何形狀和加工複雜形狀的壓敏電阻體。例如可實現直角形的電極和在管形或圓柱形壓敏電阻體上的外表面上的電極，這些電極例如沿壓敏電阻體的周面延伸(見圖6實施例)。
優選採用聚焦雷射束。焦距典型為10mm-800mm，優選為50mm-250mm。
圖2示出經燒結的壓敏電阻體2在雷射輻照前的截面圖。雷射束L以焦點F表示。所述的表面部分5具有波紋狀，這主要源自燒結支撐板的壓印。這種波紋狀的橫向尺寸Δ的數量級通常為10μm-幾毫米，縱向尺寸D的數量級通常為10μm-0.5mm。在圖2中沿表面部分5(以粗線表示)波動的細線表明，經燒結的壓敏電阻體表面通常還有一定的(微觀的)粗糙度。
在圖2中表面部分5的波紋狀的平均面是以S表示。在圓柱形壓敏電阻體2的頂面情況下(對比圖1)該面S是平面。由於要使在壓敏電阻體2中的電場均勻，通常平面形狀的電極3、4是優選的，所以面S優選為平面。如果雷射束L的焦點F總是以處於與面S相平行的面S』中引進，這就特別適用於減小該波紋狀的縱向尺寸。該面S』優選處於面向該壓敏電阻體2的體積的S面側，其間距優選為0.1mm-2mm。通過應用聚焦雷射光束，產生雷射束的與深度相關的能量密度和剝蝕功率。
在燒結後會在壓敏電阻體2的表面中留下燒結支撐板的組分。這種燒結支撐板的組分可通過雷射輻照剝蝕。同樣也可通過雷射輻照從該壓敏體2的表面將其它汙物剝蝕掉。在雷射輻照前還可有利地進行機械粗淨化，例如採取刷除。
圖3是經雷射輻照後圖2中表面部分5的放大截面圖。該波紋狀實際上已消除。由此產生非常均勻的電場分布和均勻的電流分布。此外，該表面5具有粗糙度。該粗糙度的橫向尺寸通常為1μm-10μm數量級，縱向尺寸通常為1μm數量級。該微粗糙度使金屬化在雷射輻過的表面部分5上有優良的粘附性。優選產生的微粗糙度Ra為1μm-4μm，並由此等值於通常的採用蝕刻法產生的典型為1μm-1.5μm深的微觀粗糙度或甚至明顯優於該微粗糙度。
雷射輻照主要用於壓敏電阻陶瓷的預處理以進行其後的金屬化。該金屬化3、4優選採用噴塗法例如電弧噴塗法塗敷於表面部分5、6上。對於通過熱噴塗塗敷金屬層，待金屬化的表面的足夠粗糙度是特別重要的，因為其粘附性主要取決於機械特性，而不是或完全不是化學特性。其它的金屬化方法(塗層法)如PVD、濺塗法、電化學沉積或絲網印刷也是可能的。
當然可用雷射輻照一塊面積，然後該面積的一部分(即表面部分5或6)經金屬化。例如整個頂面或底面經雷射輻照，然後僅部分提供以金屬化3、4。
通過雷射輻照也可改性表面部分的化學組成。用這種方法可達到金屬化和被塗敷的金屬之間的改進的粘附性。
在施加金屬化3、4之前或之後，塗敷以鈍化層7是有利的。該鈍化層是一種絕緣層。如果該絕緣層7在施加金屬化3、4之前塗敷，則由此在表面部分5、6上得到非導電的玻璃狀的或聚合物的殘餘物。這種可導致電場非均勻性和電擊穿的殘餘物可經雷射輻照剝蝕。
圖4示出雙對數坐標的電流-電壓-特性曲線，它是通過在壓敏電阻體的未經雷射輻照的表面部分(圓點和方塊點)和經雷射輻照過的表面部分(三角點和菱形點)上施加的兩個電極測定的。它是電極之間施加的電壓V相對於電極之間的電流I的關係。對通過方塊點和通過菱形點顯示的數據，其電極之間的間距為3mm。對通過圓點和通過三角點顯示的測量點，其電極間距為4mm。在未經雷射輻照的表面部分上測定的數據(圓點和方形點)情況下，明顯看出其擊穿電壓為800V-1000V的壓敏電阻樣行為。在經雷射輻照的表面部分上測定的數據(三角點和菱形點)情況下，明顯看出是歐姆特性。此外，該接觸電阻明顯小於未經雷射輻照的情況。通過雷射輻照大大增加了橫向可導電性。在測量的電壓範圍內，該電阻下降4-9個數量級。
圖5用於進一步說明本發明，並表明如圖1類似的壓敏電阻1。為此圖5是基於圖1來描述。與圖1中的壓敏電阻不同的是在圖5中的電極3、4不佔有圓柱體的整個頂面或底面，而僅是其一部分，以致在表面部分5和6上各產生邊界9或10。邊界9和10減小了電火花放電的可能性。如果與圖1所示實施例一樣，該金屬化3、4延伸到分離圓柱表面和頂面或底面的稜邊處，則兩金屬化層之間在施加電壓時的電火花放電比圖5中有邊界9、10的情況的電火花放電的可能性要大得多。
明顯表明，通過雷射輻照表面部分5、6發生了材料的剝蝕。邊界9、10伸出表面部分5、6。在圖6中金屬化3和4以不同方式形成。但通常兩個同樣的金屬化3、4是優選的。
表面部分5的金屬化3是如此厚，以致凸出界面9。由此藉助於至少與表面部分5近似大小的接觸元件(未示出)產生較容易的可接觸性。
通過雷射輻照增加了金屬化3在表面部分5上的粘附性。如果在金屬化時會有任何金屬粘附在界面9上，則其上的粘附金屬明顯地小於在表面部分5上的金屬。由此可能沉積在邊界9上的金屬可易於去除，以致形成由雷射輻照所定義的電極幾何形狀。
與表面部分5不同，在表面部分6上提供如此薄的金屬化4，以致邊界10突出該表面部分。由此該邊界10形成(附加的)對電火花放電的阻擋。
蝕刻方法的缺點在於，將陶瓷體浸入蝕刻池，因此整個陶瓷，不僅要金屬化的表面部分，而且不需金屬化的表面部分均受蝕刻。這可對陶瓷的電特性有不利影響。不需金屬化的表面部分在蝕刻期間的遮蓋是困難的和昂貴的。雷射輻照不需這種掩模。
圖6示出非平面電極3、4。所示的電陶瓷部件1(例如壓敏電阻1或壓電陶瓷1)具有管形陶瓷體2。電極3、4排列在小管的外表面8上，並形成圍繞外表面8的環形電極。藉助於雷射輻照可處理這種以及複雜形狀的表面部分。
雷射處理原則上可在空氣中或也可在其它氣體氣氛(例如N2、H2、O2)中進行。由此，可影響被輻照表面部分的導電性和化學組成。
通過對壓敏電阻體的按本發明的雷射輻照，可減少或消除電陶瓷體的要金屬化表面部分的不平整性或波紋性，並且可產生表面部分的微觀粗糙性以及表面化學組成的改性，它可實現金屬化的優良粘附性。此外，在壓敏電阻陶瓷情況下，可產生至少近於歐姆導電的具有大的橫嚮導電性的表面，由此產生特別是近金屬化層的均勻電流分布。此外，還可剝蝕掉特別是由燒結支撐板或塗敷鈍化層所帶來的殘餘物。其餘的有利作用和實施方案在上面已提及。
圖中的標號表1電陶瓷部件，壓敏電阻2電陶瓷，電陶瓷體，壓敏電阻陶瓷，壓敏電阻陶瓷體3，4 金屬化，電極5，6 表面部分7鈍化層8外表面9，10邊界d粗糙度的典型縱向尺寸D波紋度的典型縱向尺寸δ粗糙度的典型橫向尺寸Δ 波紋度的典型橫向尺寸F雷射輻照的焦點L雷射光線，雷射束S，S』 面
權利要求
1.一種用於製備電陶瓷部件(1)的方法，其中在燒結的電陶瓷體(2)的至少一個表面部分(5；6)上施加金屬化(3；4)，其特徵在於，在施加金屬化(3；4)之前用雷射光線(L)輻照該表面部分(5；6)。
2.權利要求1的製備方法，其特徵在於，通過雷射輻照剝蝕在表面部分(5；6)中的電陶瓷(2)的材料，並且在雷射輻照後，該電陶體(2)具有鄰近表面部分(5；6)的邊界(9)，該邊界(9)不受雷射光線(L)輻照或受比表面部分(5；6)少的雷射光線(L)輻照。
3.權利要求1的製備方法，其特徵在於，為使表面部分(5；6)粗糙化，在施加金屬化(3；4)前用雷射光線(L)輻照該表面部分(5；6)。
4.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，為了通過改性表面部分(5；6)的化學特性來改進金屬化(3；4)的粘附性，在施加金屬化(3；4)前用雷射光線(L)輻照該表面部分(5；6)。
5.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，為增加表面部分(5；6)的橫向可導電性，在施加金屬化(3；4)之前用雷射光線(L)輻照該表面部分(5；6)。
6.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，在電陶瓷體(2)經燒結後，該表面部分(5；6)具有波紋性，並且為減少該表面部分(5；6)的波紋性，在施加金屬化(3；4)前用雷射光線(L)輻照該表面部分(5；6)。
7.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，採用聚焦的雷射束(L)作為雷射光線(L)，特別是為減少表面部分(5；6)的波紋性，在施加金屬化(3；4)前用雷射光線(L)輻照該表面部分(5；6)，並且將雷射束(L)聚焦到與平均化表面部分(5；6)的波紋性的面(S)平行的面(S』)上。
8.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，為在雷射輻照前平整彎曲的表面部分(5；6)，則在表面部分(5；6)的單位面積上由雷射束(L)所沉積的能量依表面部分(5，6)上的位置來選擇。
9.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，在表面部分(5；6)的單位面積上由雷射束(L)所沉積的能量依表面部分(5；6)的位置來選擇，其中表面部分(5；6)的部分面積所經受的雷射束(L)的光功率和/或雷射束(L)的輻照直徑和/或每單位時間由雷射束(L)輻照的面積和/或輻照次數均依據表面部分(5；6)上的位置來選擇。
10.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，電陶瓷體(2)具有顆粒結構，在表面部分(5；6)上存在有電陶瓷體(2)的鬆散顆粒和/或顆粒複合體和/或在顆粒結構的裂紋中存在有的電陶瓷體(2)的顆粒和/或顆粒複合體，該表面部分(5；6)在施加金屬化(3；4)前經雷射光線(L)輻照以剝蝕掉這些顆粒和/或顆粒複合體。
11.上述權利要求之一的製備方法，其中在燒結過程中，電陶瓷體(2)至少有一部分表面部分(5；6)放置在燒結支撐板上，其特徵在於，該表面部分(5；6)在施加金屬化(3；4)前用雷射光線(L)輻照以剝蝕在燒結後在表面部分(5；6)上所保留的燒結支撐板的組分。
12.上述權利要求之一的製備方法，其中在施加金屬化(3；4)之前在電陶瓷體(2)的至少部分上提供有非導電的鈍化層(7)，其特徵在於，該表面部分(5；6)在施加金屬化(3；4)之前用雷射光線(L)輻照以剝蝕掉在表面部分(5；6)上存在的鈍化層(7)的部分。
13.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，電陶瓷部件(1)是壓敏電阻(1)或高溫超導部件或壓電陶瓷部件或陶瓷電容器或熱敏電阻或冷敏電阻或陶瓷電阻或陶瓷氣體傳感器。
14.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，電陶瓷部件(1)是壓敏電阻(1)，電陶瓷體(2)是壓敏電阻體(2)，壓敏電阻體(2)是摻雜的燒結金屬氧化物陶瓷(2)，優選是基於ZnO、SnO2、SrTiO3或TiO2的金屬氧化物陶瓷(2)，或是摻雜的碳化物陶瓷。
15.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，電陶瓷件(1)是壓敏電阻(1)，電陶瓷體(2)是壓敏電阻體(2)，表面部分(5；6)在施加金屬化(3；4)前經雷射光線(L)輻照以減小表面部分(5；6)的橫嚮導電性的電壓相關性，特別是表面部分(5；6)在施加金屬化(3；4)前用雷射光線(L)輻照以產生表面部分(5；6)的橫嚮導電性的歐姆電壓相關性。
16.上述權利要求之一的製備方法，其特徵在於，電陶瓷體(2)基本是圓柱形、盤形或板形，其中在圓柱或盤或板的兩個相互平行的界面上各設置一個表面部分(5；6)，在該兩個表面部分(5；6)上通過熱噴塗施加金屬化(3；4)，或電陶瓷體(2)基本上是管形或圓柱形，其中在兩個相互以軸向間隔開的基本呈環狀排列在管或圓柱體外表面(8)上的表面部分(5，6)上通過熱噴塗施加金屬化(3；4)。
17.雷射束(L)在電陶瓷(2)，特別是在壓敏電阻陶瓷(2)上施加金屬化(3；4)時用作預處理的應用。
全文摘要
本發明涉及一種製備電陶瓷部件(1)例如壓敏電阻(1)的方法，它包括在表面部分(5；6)上施加金屬化(3；4)前以雷射輻照該電陶瓷體(2)的表面部分(5；6)。通過雷射輻照產生表面的微粗糙度和/或化學改性，這使金屬化有優良的粘附性，它可降低和消除電陶瓷體(2)的要金屬化的表面部分(5；6)的不平整性或波紋度。此外，產生改進的橫嚮導電性，由此達到特別是近金屬化(3；4)處的小的接觸電阻和非常均勻的電流分布。此外，還可剝蝕掉特別是源自燒結支撐板或鈍化層的塗敷所帶來的殘餘物。有利的是該電陶瓷體在經雷射輻照後具有與表面部分(5；6)鄰接的未經雷射輻照的邊界(9)。雷射束優選是脈衝的或聚焦的。
文檔編號H01G4/12GK1576263SQ200410071688
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月21日 優先權日2003年7月21日
發明者R·凱斯勒, F·格羅伊特, M·哈格梅斯特 申請人:Abb研究有限公司