陶瓷表面的金屬化過程工序較多，工藝也較為復(fù)雜，影響金屬化層質(zhì)量的因素也是多方面的。為了能獲得優(yōu)質(zhì)金屬化層，就必須了解金屬化層常出現(xiàn)的缺陷特征、形成缺陷的基本原因，然后才能有針對性地提出解決的工藝措施。
1.金屬化層裂紋
陶瓷表面金屬化層常常在涂敷后，干燥過程中出現(xiàn)裂紋。其裂紋特征是呈龜形裂紋。形成這種裂紋的主要原因是由于涂粉末膏時，粉末中的黏結(jié)劑太多，涂敷層的厚薄不均勻，這樣就必然造成在干燥過程中黏結(jié)劑分解、揮發(fā)和收縮大小不均而造成裂紋。
生產(chǎn)實踐表明，解決措施有三：一是加入適量的黏結(jié)劑，不可過多，而且還要研磨、攪拌使之均勻；二是涂敷時薄厚要均勻；三是燒結(jié)加熱要緩慢。
2.金屬化層起泡
金屬化涂層在涂敷之后，起泡也是常出現(xiàn)的缺陷。當(dāng)金屬化層起泡后，造成凸起，表面不平滑，嚴(yán)重影響下一步鍍Ni的進(jìn)行。這種起泡的原因很可能是陶瓷本身表面上有雜質(zhì)，在金屬化燒結(jié)過程中參與氧化反應(yīng)而起泡；另一原因是金屬化涂層中有化學(xué)反應(yīng)即起泡。前者可能是陶瓷內(nèi)部質(zhì)量和表面研磨質(zhì)量問題；后者則是金屬化粉末本身質(zhì)量不純或是配方中其他成分不準(zhǔn)面造成的。在調(diào)整粉末配方時，先要考慮到不宜過多地加入Mn。因為Mn含量過多，可促使陶瓷表面與金屬化層之間反應(yīng)，由此會引起起泡的缺陷。
3.金屬化層掉粉
金屬化層是經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而形成的。本應(yīng)是致密、平滑均勻、與陶瓷結(jié)合很牢并具有金屬性質(zhì)的涂層。但事實上都不是那么理想，往往在燒結(jié)之后金屬化層出現(xiàn)掉粉現(xiàn)象，這是金屬化層的主要缺陷之一。在燒結(jié)之后，用陶瓷片刮擦?xí)r，掉粉和金屬化層部分脫落，嚴(yán)重時整個金屬化層從陶瓷表面脫落。出現(xiàn)這種缺陷的原因很多，但主要原因是金屬化燒結(jié)溫度低，氣氛的氧化性小，金屬化粉末涂層配方比例有誤，或材料性能和成分有變化等。
4.金屬化層表面氧化
生產(chǎn)實踐表明，處在高溫的金屬化層與空氣接觸即被氧化。其氧化層多呈棕紅色或藍(lán)紫色，多是在冷卻過程中被最終氧化的。在加熱升溫過程中也可能氧化，但在高溫保溫時間內(nèi)能夠被還原。所以，如何在冷卻過程中避免氧化是關(guān)鍵。應(yīng)指出，一般情況下，金屬化層的結(jié)構(gòu)件剛剛出爐時不被氧化，但要放置別處，不加保護(hù)，一段時間后仍被氧化。金屬化層被氧化之后，嚴(yán)重地影響下一步工序的實施。
避免氧化的辦法，首先是降低出爐時的溫度，同時要用干H2. 其次是將剛出爐的有金屬化層的結(jié)構(gòu)件立即浸入酒精中，可避免表面產(chǎn)生氧化。再有，也可以將已被氧化了的金屬化層構(gòu)件在干H2中加熱至1100~1200℃，使其還原。但這種辦法是第二次高溫處理，會影響原來的金屬化層的質(zhì)量，盡量少用。
5.金屬化層起皮
所謂金屬化層起皮，是指金屬化涂層在加熱過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的收縮變形，使得金屬化層局部鼓起脫離陶瓷表面，甚至大部分金屬化層脫落。這種缺陷嚴(yán)重地影響金屬化層質(zhì)量。產(chǎn)生這種缺陷的根本原因是涂層中的黏結(jié)劑太多，涂敷層太厚，而且涂敷不均勻，調(diào)劑時太黏，對陶瓷表面潤濕性太差等。另外也可能是燒結(jié)時加熱升溫速度太快而引起的。
6.陶瓷花斑和發(fā)灰
在金屬化燒結(jié)后，除金屬化層之外的表面出現(xiàn)了起泡的缺陷。出現(xiàn)這種缺陷的主要原因是陶瓷本身的燒成溫度太低，反應(yīng)后的玻璃相不均勻和反應(yīng)不夠完全，都會在金屬化加熱后產(chǎn)生起泡，這是所選用的陶瓷件質(zhì)量問題。
陶瓷金屬化加熱之后，陶瓷表面產(chǎn)生花斑缺陷。這種花斑可能呈黃色或灰色。此缺陷的出現(xiàn)也會影響陶瓷結(jié)構(gòu)件的使用性能。形成這種缺陷的原因，目前還找不到更為確切的說法，從工藝上看，金屬化燒結(jié)時，爐內(nèi)的濕度過大，或用干H2氣氛加熱的時間太長，都容易出現(xiàn)表面花斑。同時指出，產(chǎn)生表面花斑除與外界環(huán)境有關(guān)外，還與陶瓷種類成分、各結(jié)晶相的形成晶核過程有關(guān)(如鈣長石、尖晶石等)。同時也與玻璃相中能顯示顏色離子所處的周圍環(huán)境有關(guān)。如鈦離子Ti2+在干H2中就呈灰色，這是Ti4+在還原條件下變化成Ti2+的結(jié)果。Fe離子與Ti是一樣的，也是以多種離子狀態(tài)出現(xiàn)。所以，陶瓷中的Ti和Fe離子，在陶瓷金屬化燒結(jié)過程中會顯示不同的顏色。
在陶瓷金屬化燒結(jié)后，陶瓷表面呈現(xiàn)出具有條紋狀的灰色時，這可能是由金屬化燒結(jié)時爐內(nèi)尚存在揮發(fā)物所引起的。例如爐管中存在揮發(fā)物、爐內(nèi)Mo絲揮發(fā)污染、金屬化層Mo的揮發(fā)均有影響。
7.金屬化燒結(jié)過程中陶瓷變形和炸裂
在陶瓷表面金屬化燒結(jié)中，陶瓷件較薄或薄厚不均而且局部薄厚變化較大，組裝時放置不平，燒結(jié)溫度過高，保溫時間過長等均容易產(chǎn)生變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生變形，影響與其他結(jié)構(gòu)使用時，即可作為廢品處理。如果能單獨使用，不受局部變形影響，尚可使用，但不能作為商品。
在陶瓷表面金屬化燒結(jié)過程中出現(xiàn)陶瓷構(gòu)件炸裂的缺陷雖然不算多，但這種缺陷是極其嚴(yán)重的，一旦出即報廢，是不準(zhǔn)許的缺陷。如果選件不當(dāng)，燒結(jié)工藝規(guī)范控制不嚴(yán)，將會出現(xiàn)陶瓷炸裂。經(jīng)驗指出，出現(xiàn)這種缺陷多是因為所選陶瓷質(zhì)量低劣，結(jié)構(gòu)體型較大，特別是薄厚不均。構(gòu)件復(fù)雜和異型結(jié)構(gòu)件最易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。此外，陶瓷件導(dǎo)熱性較差，受熱不均，溫差較大，勢必造成較大的內(nèi)應(yīng)力，促使陶瓷炸裂。再就是加熱溫升速度和冷卻速度較快，也會使陶瓷件開裂。
為了防止這種炸裂缺陷出現(xiàn)，首先是選擇優(yōu)質(zhì)陶瓷件，合理設(shè)計結(jié)構(gòu)形狀，減少應(yīng)力集中，厚薄盡量要均勻。在工藝上要減少加熱和冷卻速度，調(diào)整好金屬化時的氣氛。裝配時根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀與復(fù)雜程度，適當(dāng)夾緊和安放，均可達(dá)到防止變形和炸裂的目的。
8.滲透開裂
在陶瓷與Kovar合金釬焊并采用Ag-Cu釬料或Cu釬料時，經(jīng)過釬焊加熱過程冷卻之后，在Kovar合金釬縫附近將會出現(xiàn)銅合金的滲透開裂現(xiàn)象。由于這種缺陷既影響接頭性能，又降低結(jié)構(gòu)的氣密性，嚴(yán)重時會明顯漏氣。在更多的情況下是一種貫穿性的開裂，但也有時只有在顯微鏡觀察下才能發(fā)現(xiàn)沿Kovar合金晶粒邊界滲透,但不一定漏氣。
陶瓷與Kovar(Fe-Co-Ni合金)釬焊過程導(dǎo)致釬縫近縫區(qū)產(chǎn)生滲透裂紋的原因比較復(fù)雜。但其原因與釬料種類成分和Kovar合金成分、組織結(jié)構(gòu)、晶粒大小，以及釬焊規(guī)范等有關(guān)。首先Kovar合金是單相奧氏體組織，而且在釬焊高溫作用下還有晶粒長大傾向。其次就是含有Cu、Sn的釬料(如Ag-Cu-Sn、Ag-Cu等)在釬焊過程中熔化后是共晶液態(tài)，熔點較低，流動性較高，對Kovar合金浸潤和擴(kuò)散，而且首先是沿晶粒邊界滲透，形成了“液態(tài)金屬脆性”，在應(yīng)力作用下，這些液相合金便沿晶界縱深滲展并充滿晶界，由于這時的應(yīng)力(拉應(yīng)力)作用，形成了具有貫穿性的裂紋。經(jīng)分析表明，這種液體中的主要成分是Cu和Sn而Ag則很少，所以認(rèn)為Cu、Sn是滲透裂紋的主要成分，同時還認(rèn)為Cu最為敏感。尤其是Kovar合金為單相大顆粒晶體，給擴(kuò)大滲透創(chuàng)造了有利條件。
進(jìn)一步分析指出，這種沿晶界滲透的裂紋，會使晶界的表面能明顯降低，同時充滿晶界裂紋的尖端壁面產(chǎn)生一種附加的壓力，而促使液態(tài)金屬沿晶界加速縱橫擴(kuò)展，從其釬縫迅速地擴(kuò)展到近區(qū)。實踐指出，如果陶瓷與Kovar合金釬焊結(jié)構(gòu)，在Kovar合金中出現(xiàn)了這種滲透裂紋，不僅使陶瓷與Kovar合金連接接頭失去致密性，而且也降低了接頭強(qiáng)度。
為了防止這種滲透裂紋缺陷,應(yīng)采取以下幾方面的工藝措施:
①應(yīng)盡量選用滲透裂紋傾向小或不產(chǎn)生滲透裂紋的釬料,最好是不含Cu的釬料,如純Ag、Au-Ni、Ag-Cu-Pd等滲透傾向小的釬料。
②在釬焊之前先在Kovar合金表面鍍上一層Ni，再釬焊時可不出現(xiàn)滲透裂紋。因為Ni與Cu是無限互相固溶的元素，能互相溶解和擴(kuò)散，可以防止沿晶界的滲透。
③在釬焊工藝上，首先合理地控制工藝規(guī)范，如釬焊溫度不能太高，保溫時間不能過長，應(yīng)在完成釬焊的條件下盡量縮短保溫時間和降低釬焊溫度。這種措施還可以防止Kovar合金晶粒長大，對減少滲透裂紋傾向是有利的。
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