TW201813946A

TW201813946A - 模製複合物和模製部件的製作方法

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Publication number: TW201813946A
Application number: TW106115770A
Authority: TW
Inventors: 麥可烏申斯基; 珊德Ｓ拉詹; 史考特Ｔ特納; 雅各Ｃ陳
Original assignee: 瑞西恩公司
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-04-16
Also published as: WO2018067202A1; EP3519367A1; TWI648243B; US20180093917A1

Abstract

一種包括雲母薄片及共熔釉的模製複合物。複合物允許製作用於各種情況的不含鉛部件，例如用來支撐電裝置之導電部件的電絕緣體，例如電極。模製複合物材料可用來模製此等導電部件周圍、支撐該等部件及/或提供該等部件周圍的氣密式密封件。其他可能用途包括電子電路基板及部件的外殼，例如電光部件。模製複合物在高壓下加熱使共熔釉液化，使其塗布雲母薄片。當複合物塑成所欲形狀後將其固化，例如藉由在恆溫下壓縮該模製複合物直到共熔釉固化，接著冷卻該模製複合物。

Description

模製複合物和模製部件的製作方法

本發明隸屬以下領域：用來形成包括雲母之模製複合物的模製複合物、該等複合物的部件及製作該等部件的方法。

玻璃鍵結雲母複合物材料已藉由在中高溫及在高壓下，將細粉化的電品質玻璃及精確界定的(天然或合成)雲母混合及熔融在一起而製造。所獲得的類石頭、稠密的雲母-玻璃複合物(例如具有密度從約2.7g/cm³至約3.1g/cm³)繼承了兩種成分的絕電及絕熱優勢。所用的較佳玻璃為矽石-鉛氧化物，以及不含鉛、低溫熔化玻璃。實例為雲母-玻璃模製等級的Crystex LLC grades、MM1301(含鉛)及MM561(不含鉛)。從雲母-玻璃製得的組分可進一步加工，例如以標準碳化物工具及水冷卻加工。此等可模製等級在模製後不需要燒成或燒結(實質上為在預成型後的一步驟式方法)，使其與熱塑性塑膠的製程相似。此等材料可在模製期間容納金屬嵌入物。

MM1301中鉛氧化物的存在或類似的含鉛氧化物玻璃減緩了模製期間雲母玻璃複合物之流動，而這正是MM1301及類似材料的優點。不幸地，由於最近設立的環境與公共健康條款，鉛粉塵的暴露在任何製造過程中都是非所欲的。鉛污染的工業產品在人的健康上的衝擊受到社會廣大的關注。最近實施的另一種不含鉛單或多氧化物材料通常以類似或更高的製程溫度為特徵。然而，此不含鉛玻璃材料相較於其基於鉛的前身遠具有黏性，且對於流動及模製特徵(包括與金屬部件共模製)有重大的影響。此等不含鉛材料亦傾向具有較窄的工作溫度範圍，在該範圍內可維持足夠黏性使其在模板內流動且被模製。此等差異增加了伴隨不含鉛材料的模製製程而來的複雜度。MM1301組成物的不含鉛替代物的一個實例係先前提及的MM561複合物。MM1301單氧化物粉末以雲母薄片摻合，且其最低製程溫度不超過400℃，在製程溫度中成分保持在固態，不會導致雲母及/或玻璃相的熔化。雖然與使用MM1301有某些製程相似度，相較於從傳統組成物MM1301模製出的不產生裂紋的部件，從MM561材料模製出的部件展現裂紋。在壓縮模製的情況中，通常在高溫下需要更高的模製壓力，其對具更高黏度的摻合物係不可或缺的。因此，相較於MM1301，其殘留應力也更高。此外，許多不含鉛玻璃材料展現更大的與雲母的熱失配(thermal mismatch)，因此導致在模製複合物中增加的內壓力。此外，摻合玻璃及雲母微粒的壓縮模製顯示出困難處，且需要高的總壓力、複雜化了模板設計，且需要厚牆與閘。

使用雲母-玻璃作為絕緣材料係已知的同時，某些此等材料包含鉛，且在製作具有強介電反應的不含鉛可模製複合物、並因此應用在光電、雷射晶體及微波組分(提供一些實例)時，遭遇了許多的困難。在可能應用的實例中有用於鋰鈮酸鹽晶體的介電Q開關外殼。此等外殼通常包括一些與雲母及玻璃共模製的金屬終端及銷。可模製的雲母-玻璃複合物也可用作介電電路板及不同電子組件的介電部件。雖然新的複合物可防止搭配著光電及雷射晶體組件的損壞，其通常具有高殘餘應力及裂解而進一步導致電故障。雲母-玻璃及金屬單元熱膨脹的差異亦會導致共模製裝置的機械及電故障。市售不含鉛替代物的模製方法包括其他與雲母-玻璃摻合物在高溫時過度黏滯相關的複雜化。因此，強烈需要創新不含鉛且低溫可模製介電材料，其亦具有基於雲母的複合物對金屬令人滿意的密封件(seals)。此等不含空隙的密封件必須有效地隔離製造電弧的金屬嵌入物。

根據本發明的一個態樣，模製複合物包括雲母薄片及共熔釉。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，共熔釉具有從450至550℃的最低共熔溫度。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，共熔釉呈精細粉末，具有1至10微米的平均粒徑。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，共熔釉係多氧化物釉，其包括多個形成釉之氧化物。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，形成釉之氧化物包括至少一種鹼金屬的氧化物。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，形成釉之氧化物包括至少一種鹼土金屬的氧化物。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物包括一或多種額外添加劑。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物包括黏結劑。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物包括額外添加劑以達成所欲的熱膨脹係數。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物包括額外添加劑以達成所欲的導熱性。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物包括額外添加劑以達成所欲的電性質。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物的組成係30至70重量%的雲母薄片及30至70重量%的共熔釉。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物作為用於電及/或光學元件的外殼的一部分。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物作為用於一或多種導電體的支撐件的一部分。

根據本發明的另一態樣，製作模製部件的方法包含下列步驟：將雲母薄片及共熔釉混合在一起以形成模製複合物；藉由使該模製複合物經受高壓及高溫以熔化該共熔釉，藉此以該共熔釉濕潤該雲母薄片；及在熔化後，使該模製複合物成型為所欲的形狀。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，該方法包括在成型之後，固化模製複合物。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，固化模製複合物包括在固定溫度下壓縮該模製複合物直到共熔釉固化。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，固化模製複合物包括在固定高溫下壓縮該模製複合物直到共熔釉固化。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，模製複合物的成型包括壓縮模製該模製複合物。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，共熔釉熔化包括在介於450℃至550℃之間的溫度熔化該共熔釉。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，混合包括雲母薄片及共熔釉。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，該方法包括在混合之後且在熔化之前，濕潤雲母薄片及共熔釉以形成濕混合物。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，在濕潤之後，壓實濕混合物。

根據本發明內容任一段落的一個具體實例，在壓實之後，使濕混合物乾燥。

為達成上述內容及相關目的，本發明包含下述特徵，其經完整描述且特別於申請專利範圍中指出。以下描述及隨附圖式詳細描述本發明之某些說明性具體實例。然而，此等具體實例僅指示可使用本發明原理之各種方式中的幾種。當結合圖式考慮時，根據本發明的其他目標、優點及新穎特徵將自以下詳細描述變得顯而易見。

10‧‧‧方法

12‧‧‧步驟

14‧‧‧步驟

16‧‧‧步驟

18‧‧‧步驟

30‧‧‧步驟

34‧‧‧步驟

36‧‧‧步驟

40‧‧‧步驟

50‧‧‧步驟

60‧‧‧步驟

100‧‧‧基板

200‧‧‧支撐件

210‧‧‧導電體

300‧‧‧外殼

304‧‧‧模槽

310‧‧‧晶體

312‧‧‧側表面

314‧‧‧側表面

316‧‧‧端面

318‧‧‧端面

330‧‧‧軸

400‧‧‧外殼

410‧‧‧螺紋嵌入物

420‧‧‧複合物材料

430‧‧‧銷

未必按比例繪製之隨附圖式展示本發明之各種態樣。

圖1為根據本發明一個具體實例的從模製複合物製造模製部件的方法的高階流程圖。

圖2為闡明雲母-釉模製複合物高度均一性的照片。

圖3為顯示模製複合物中釉及雲母間界面細節的照片。

圖4顯示分析模製複合物部件組成的光譜。

圖5為顯示雲母-釉複合物及金屬嵌入物間界面的照片。

圖6為根據本發明一個具體實例的電子電路模製基板的斜視圖。

圖7為根據本發明另一具體實例的用來支撐導電體之結構性支撐元件的斜視圖。

圖8為根據本發明又一具體實例的顯示由模製複合物製得之外殼的斜視圖。

圖9為可包藏於圖8之外殼的雷射晶體的斜視圖。

圖10為根據本發明一個具體實例的由模製複合物製得的另一外殼的斜視圖。

一種包括雲母薄片及共熔釉的模製複合物。複合物允許製造用於各種情況的不含鉛部件，例如用來支撐電子裝置之導電部件(如電極)的電絕緣體。模製複合物材料可用來模製此等導電部件周圍、支撐該等導電部件及/或提供該等部件周圍的氣密式密封件。其他可能的用途包括用於電子電路的基板，及用於部件(例如光電部件及雷射晶體)的外殼。

在高壓下加熱模製複合物使共熔釉液化，促使其塗布雲母薄片。在將摻合雲母微粒及熔融釉的組成物塑成所欲的形狀之後將其固化，例如在恆溫下壓縮模製複合物直到共熔釉固化，接著冷卻模製複合物。

圖1顯示從模製複合物製造模製部件的方法10的高階流程圖。在步驟12中，可選擇雲母-釉複合物的理論調配，亦決定其雲母/釉比例。可基於所欲的模製化合物之材料性質來做出決定。由於雲母不會像釉料一樣熔化，預熱的混合物必定柔軟以吸附粉末。所選的釉及雲母成分的比例反映在欲模製的部件的設計中，因此其比例對於圓或平的部件係不同的，對於平及盒型的外殼也是不同的。

隨後在步驟14中選擇將使用的雲母。雲母可以是天然或合成的，且可具有粗及/或精細等級比例。市售的天然雲母薄片以精細、中等及粗等級分類。這些等級代表雲母一段段地研磨成範圍在2篩至30篩間的大小。精細、中等及粗等級的薄片分別為2、10及16篩。在所謂雲母的精細粉末例子中，精細、中等及粗等級分別為30、60及100篩。這些尺寸亦適用於合成雲母。視應用性及模製方法而定，可選擇薄片及/或精細粉末。目標應為在壓縮模製前具有最大的乾填充密度及乾/濕懸浮液填充密度。適當地指定的精細及粗等級微粒的乾混合物允許得到更高填充密度的微粒聚集物。聚集物在濕條件下的填充密度可實質高於在乾條件下的填充密度。

在適當的比例下，粗及精細雲母粒子形成稠密填充系統。雖然已知雲母氧化物提供某些助熔性(fluxing)，在(視情況的)步驟16中，可選擇另外的助熔劑。可用助熔劑(例如矽酸鉀)來促進熔化。

在步驟18中，乾混合了雲母、共熔釉粉末及助熔劑。可先完成雲母薄片的乾混合，包括在適當比例下的粗及精細微粒(薄片及/或粉末)以達成所欲材料性質。可添加助熔劑至此雲母薄片(及/或粉末)的乾混合物中。助熔劑的濃度可從1至3質量%中變化(提供非限制性的範圍)。

之後於步驟30中，可將雲母及釉薄片及/或粉末於水性介質 (水)中與助熔劑摻合。若需要，混合物可另外包括黏結劑，例如硝基-纖維素或甲基丙烯酸甲酯的材料(提供兩種實例)。然後可將金屬組分(共熔釉粉末)添加至混合物。其可完全將模製化合物或複合物的成分摻合在一起。如上所述，主要成分為雲母薄片及共熔釉，且模製複合物中可包括其他添加劑。

另一可能的添加劑為磁性材料，例如鐵氧體，以製造適用於射頻(RF)應用或其他對材料具有磁性性質係所欲的應用的材料。此等材料通常具有超過650℃的居里點，例如包括鐵、鈷、其合金及其他合適者。某些此等磁性材料具有類似於模製複合物的其他成分所具有的熱膨脹係數(CTEs)，如此稠密複合物可被以小的殘餘熱應力模製。模製相對複雜形狀之介電磁性嵌入物裝置的能力對RF天線的領域係有用的。

雲母薄片可包括大的(粗)高縱橫比天然或合成雲母薄片，舉例來說為在平面方向具有200至300微米之長度/寬度或更小、及20至40微米之厚度的矩形。此等數值僅為合適之雲母薄片的實例，且不應被視為其限制。雲母可以一定濃度存在於混合物中，該濃度可使其足夠作為模製複合物的主要成分，且亦作為共熔釉的熱助熔劑。換句話說，雲母可另外用作熔化共熔釉相的助熔劑，扮演跟鈉鹼、鉀鹼、氧化鎂或石灰添加劑同樣的角色。

共熔釉可為各種合適材料的任何變化。材料可呈精細玻璃料，其可為經融合且然後磨粒的陶瓷組成物。等玻璃料可為微火型共熔釉或陶瓷釉粉末狀玻璃料。玻璃料的粉末尺寸可從1微米(精細粉末選項)至約50微米(粗粉末選項)，或可包括具有平均粒徑為1至10微米的玻璃料。共熔是二或多種材料的最低共同熔點，該二或多種材料個別具有比其混合物玻璃料更高的熔點。舉例來說，矽石在1710℃熔化且氧化鉛在880℃熔化，而具有各半矽石及氧化鉛的混合物(50/50%)係在約800℃熔化，其低於兩種氧化物構成之材料之熔點的溫度。共熔材料的熔化溫度可藉由選擇矽石及氧化鉛的不同相對含量而變得更低，舉例來說對於90%氧化鉛及10%矽石的混合物來說為接近510℃。熟知的工業釉的共熔點係藉由其相圖建立。特定調配之釉的共熔點必須藉由定義熔化的起始之冶金實驗順序來建立。更廣地說，共熔材料可具有從450℃至550℃的最低共熔熔化溫度為，即便此範圍僅為非限制性的實例。共模製製程溫度可取決於指定之釉的共熔點。在已調配之釉的例子中，此等溫度可能已知，因為其反應共熔度。模製溫度可能高至950℃(提供非限制實例)。舉例而言，可從不同觀點(例如熔融釉的最佳黏度)來改變或經由實驗建立共模製製程溫度，以獲得當形成模具時的所欲流動能力及在所施加的低模製壓力下的工作範圍。

作為共熔釉的不同釉氧化物會以類似方式表現，該等方式造成不同比例之成分在各種溫度下熔化。在混合物中的雲母可能作用以促使共熔冶金反應。廣義的詞彙上，助熔劑及雲母本身影響且促使氧化物的熔化。此外，助熔劑(雲母)可以(且經常)與構成釉玻璃料的氧化物反應。因此，釉及雲母助熔劑/填料的共熔調配物創造共熔且形成均一的複合物。

合適釉的選擇可基於其性質及在合適溫度處理的需求。目標釉合意地包括形成釉的氧化物、玻璃氧化物改質劑及降低熔化溫度的助熔劑。其亦可包括鹼金屬(例如Li、Na、K)及鹼土金屬(例如Mg、Ca、Sr、Br)。可能用於某些情況的釉包括市售陶器等級及電子等級共熔釉。當介電性質係重要的時候(例如在光電應用中)，電子等級商業釉為較佳。就其他情況來說，例如製作簡單介電外殼，陶器等級市售釉可足夠用於外殼內容物的電隔離。

合適低溫燒成釉的非限制性實例為EG 3018釉，其可獲自美國俄亥俄州Ferro Corporation of Mayfield Heights，此釉適用於大多數光電應用。其他可能適用的Ferro釉包括EG2922及EG3018釉。EG3018屬於Bi-Zn-B-RO組成家族、EG2922屬於Bi-Zn-Si組成家族，及EG2934屬於Bi-Zn-B-R₂O組成家族，其中R在該等式子中代表鹼土組分。

這些僅為可用於製造複合物的某些不含鉛共熔釉的實例。其他合適的不含鉛共熔釉也可作為替代物使用。

複合物材料可具有除了共熔釉及雲母薄片(及/或粉末)外的成分或組分。舉例來說，複合物材料可具有黏結劑，其幫助將複合物材料的成分或組分維持在一起。黏結劑可例如為樹脂的材料。合適黏結劑的實例為PAN-31及PAN-250，兩者皆在ADEKA Fine Chemical Co.製造。某些無機黏結劑亦能承受非常高溫的模製溫度，例如700℃及更高者。此等無機黏結劑通常包括碳黑及合成及天然石墨基質。

為控制一或多種模製複合物材料的性質，可包括其他添加劑。舉例來說，模製複合物獲得所欲的熱膨脹係數係所欲的。其可被完成以符合另一會成為裝置之組件的材料的熱膨脹係數(在某些程度的差異內)，而模製複合物材料會成為該裝置的部件，該組件例如與模製複合物材料共模製的金屬部件或嵌入物。舉例來說，與模製複合物材料共模製的金屬及/或合金可具有從8至13ppm的熱膨脹係數，其中金屬部件或嵌入物係從17-4PH不銹鋼或例如鈦合金製得。或者(或此外)，可添加額外材料以使模製複合物材料更貼近模仿某些先前技術所用的模製化合物之性質，例如包含鉛的先前模製化合物。可選擇控制性質之添加劑，且可選擇添加量以達成各種性質，例如工作溫度、熱膨脹係數、介電係數及/或導熱度(列舉一些實例)。亦可選擇添加劑來控制介電性質。舉例來說，可調配複合物以適用於電光應用及電子學。此材料亦可用於不同射頻(RF)應用中。RF電磁交互作用可依據不同輻射帶控制，例如從百萬赫茲(MHz)到十億赫茲(GHz)頻率。符合的性質可包括電容率及導磁率(permeability)、電共振行為細節及鬆弛效應，包括鬆弛時間的特性化。在射頻及微波體系中，用於RF應用的材料為具有共模製磁性微粒或磁性嵌入物(例如材料條)的複合物。磁性材料可選自具有肯定超過上述釉成分的該模製溫度或共熔點的居里點者。舉例來說，鐵氧體可更好地經受不只到550℃，而是到650℃。另一實例為鐵、鈷、其合金及多種其他材料。可模製介電-磁性複合物可促使小型化天線的不同組態，該小型化天線具有適中高的雲母-釉介電常數(約5)及傳統α鐵氧體以及NiZn及BaCo鐵氧體的低磁損失微粒。可模製天線可針對不同頻帶最佳化，包括300-500MHz的較低UHF光譜。

對於在模製化合物間包括金屬部件且兩者間有界面的裝置，在此共模製界面所產生的表面電漿子之行為在選擇模製化合物性質時特別重要。額外的RF加熱、波的屏蔽及電磁極化子表面波傳遞效果會需要選擇添加劑以達成所欲性質。舉例來說，此特徵化對於涉及電漿子天線的用途可為重要的。此等天線可用來將性能轉移至電磁光譜的可見頻帶。共模製且因此產生介電基質與薄膜導體間界面的能力允許製造微天線及奈米天線。

用於控制模製複合物性質之合適添加劑的非限制性實例為熱塑性或熱固性聚合物。此外，可選擇一或多種共熔釉及/或變換含量以達成模製複合物性質的所欲效果。

在濕混合後，濕組成物可在步驟34中過濾。為移除團塊可執行此步驟。在過濾後，組成物於步驟36中經受壓實及乾燥。此為冷壓實步驟，其可使材料成為預成型形狀。此預成型形狀可稱作「生預成型(green preform)」，因為材料尚未經受高溫。生預成型係利用範圍在13.8至20.7MPa(2000至3000psi)的壓力而獲得。所獲得的預成型可在環境條件下固化及乾燥。可用稍微提高到100至120℃的溫度等級來加速乾燥製程。固化可在最多30天的期間內完成。

在步驟40中，模製複合物在轉移模製製程中經受高壓及高溫以熔化共熔釉。完成此步驟所需的溫度及壓力取決於共熔釉的化學配方及性質，且更一般而言取決於模製複合物的化學配方及性質。可使用不同範圍的溫度及壓力來熔化共熔釉，其中所需的不同溫度範圍取決於製程中所用的壓力。可在將所欲模製製程(例如模製最終片段的特定形狀)列入考慮後而選擇溫度及壓力。舉例來說，溫度可高至950℃(或更高)。關於模製製程相關的壓力，可在每個模的模槽區中、在3.45至34.5MPa(500至5000psi)間變化，且取決於可模製裝置的組態。可選擇壓力以確保可模製裝置的精準容忍度。對於包含金屬嵌入物的模而言，所施用的壓力典型地為2-3倍高於其中不存在嵌入物者。其壓力不可太高以免導致模破裂或損害。真實尺寸可扮演重要腳色且影響壓力及溫度的選擇。經摻合預成型(模製製程中所用的模製化合物)的流動能力為影響壓縮模製溫度的一個因素。在所提出的雲母-釉混合物的例子中，溫度一般而言最少會是所用釉的最低共熔溫度。為了改善雲母-釉的微異質性，製程溫度可超過共熔溫度約50-80℃，或超過另一合適的量。

可在代表欲模製組態的剛性模中施用壓力及溫度。在一個具體實例中使用熱鍛模鋼。雖然可使用高溫合金替代，使用廉價模的能力係基於共熔製程的一個優勢。

如果相圖為已知的，可完整界定所有(複數的)共熔點，且加熱循環可經組織及最佳化以達成釉的完全熔化。當加熱釉-雲母複合物摻合物時，第一共熔組合會先熔化。成為液體後，熔化的材料會浸漬熔劑及雲母。製程會持續到整個釉成分熔融為止。

釉在製程中的完全熔化係有利的，因為如果熔化不完全，釉的熔化部分會具有與未熔化部分不同的組成。熔化部分會製造共熔釉。在多氧化物共熔釉的例子中，燒成循環可包括各種共熔物，且可從所欲雲母-釉組成物調配物中發展。因此，不同組成物需要不同的對應於所選釉之相圖的燒成循環。在多氧化物共熔釉的例子中，製程中所用的壓力亦可反映上述燒成循環。

在一個例示性具體實例中，製程包括下列階段。乾釉粉末(例如Ferro EG 3018)係與助熔劑以10：1重量比預混合。合適的助熔劑為氟矽酸鉀或類似材料。此操作形成釉-熔劑乾混合物。為形成第二乾混合物，粗及精細等級的合成或天然雲母係以適合於模製裝置的某些形狀之比例混合。此比例可在10：1至1：1之間變化(提供非限制實例之數值)。之後，將兩種乾混合物混合在一起。所獲得的均勻混合物接著經水濕潤以形成可模製漿液。典型地混合物-水重量比可在10：1至5：1之間變化，所以漿液具有可模製均一性。

所形成漿液接著經由篩過濾以移除團塊。如上所述，漿液接著經分散至一個模具且在室溫下壓縮。經壓縮的預成型可經受室溫乾燥循環4-24小時，視其大小及形狀而定。模具中的經乾燥預成型接著經受低高溫循環(low elevated temperature cycle)。其可在合適的烤爐中完成，且執行合適的時間期，例如(舉例來說)2-20小時，或數天。經熱乾燥的材料最終經受共熔溫度熱循環。轉移模製至所欲形狀係在此熱循環期間發生。釉係熔化且流動覆蓋所有雲母薄片。雲母及助熔劑依序提供額外助熔以供雲母及釉成分間的冶金反應。

共熔釉的熔化及其對雲母薄片的濕潤提供許多特定優勢。釉熔融時降低的黏度係與提升的濕潤及非常好的與雲母成分的結構鍵結相關。同樣地，在後續壓縮模製期間降低的壓力(相對於使用先前技術材料的模製製程)提升了以下能力：具有共模製金屬次組份良好結構完整性的複雜組態單元的模製。當釉預熱到共熔溫度時係呈微粒玻璃料(固態)或熔融態。當釉熔融時降低的黏度不僅與該液體材料本身有關，亦與該液體材料中微粒或粒狀介質有關。在固體雲母及熔融釉的例子中具有黏滯(非線性)懸浮液。懸浮液的流變性質(包括其黏性)取決於雲母粒徑、其各分餾物的粒徑分布及存在於該懸浮液中之固體雲母的不同分餾物之容積分率。熔融釉的黏度為影響雲母-釉懸浮液之有效黏度的第二因素。因此，在模擬液體-固體懸浮液時經常使用黏度。模具中懸浮液的流動及變形取決於施用至某些模具組態的壓力。雲母-釉懸浮液的流動為其流變性質、變形率、微粒的容積分率及熔融釉相之性質的函數。所有這些因素以及模具組態都是模製製程所欲壓力的因素。模製材料亦可與金屬嵌入物或與其他模製材料所接觸的部件建立固體結構連結。

熔融及濕潤有助於將模製材料中的空隙最小化。雲母及釉間無空隙界面係可達成的，而後達成提升的介電性質及電弧電阻。

模製複合物係經成型以形成所欲部件組態的形狀。其可在壓縮模製製程或類似者中完成，特別是壓縮熔融模製。模製材料可在其他部件(例如金屬電極、端子、嵌入物及強化單元)周圍形成。

在步驟50中，模製部件係經固化。整個部件的固化甚至會在高溫時(在共熔點及以下)發生，其可降低殘餘應力及歸因於具有均勻且有限收縮的模製單元的翹曲。隨後部件可在步驟60中冷卻。

熔融釉(接近固體雲母薄片)的固化製程與習知雲母-玻璃複合物有極大的差異。特別地，其差異可經摘述如下。熔化釉需要時間。液體形成物(釉)促進氧化物的移動性。藉由更多時間及更高溫度所提供的高熔融流動性可提供更高的分子移動性。有了足夠的移動自由度，分子會越來越以其較喜歡的陣列排列本身，且冷卻會將其冰凍為固體。在釉的熔融體中的離子擴散改善了均一性。充分熔化的釉相較於其他(先前)的玻璃更具化學均一性。粗釉的熔化起始於共熔溫度，其永遠低於形成釉的氧化物之個別熔化溫度。熔化起始於使界面充分濕潤且幾乎不含空隙的雲母邊界。因此，藉由理解共熔釉如何熔化，吾人可調配複合物材料，且決定熔化的行為及溫度，及測試熔融的程度。結合此內容及壓縮模製的細節，正確的製造製程可以所欲的方式執行，該製程包括當與雲母摻合時，熔化共熔相到其壓縮模製。

製程10結合模製及相變化製程。製程10的細節包括選擇模製製程參數(溫度分布、壓力、預估有效黏度、預期收縮等)，其可影響介電及熱性質以及模製部件的尺寸精準度。製程亦可涉及些微提升的固持時間以達成熔體內的加熱均一性，直到施加壓力為止。其可產生具有低殘餘應力及高尺寸精確度的部件。

相對於一般玻璃，共熔釉係以低溫製程及相對低的黏度為特徵，該低溫製程係藉由共熔反應促進，該相對低的黏度正向地幫助模製及共模製。此外，釉可提供某些著色選項，其可與欲包含在雲母-釉複合物中的晶體的光學表現相關。此外，當與共熔釉摻合且經受低溫燒成時，雲母薄片可添加閃爍效果至某些複合物的表面，其可為有利的。

上述共模製涉及兩主要成分：共熔釉及雲母。(其他可能成分為助熔劑、水及黏結劑)。在共熔溫度時釉會熔化。熔融釉的黏度為液體的黏度，而雲母為固體微粒，其可具有精細、中等及/或粗雲母薄片及/或雲母粉末。其係與為固體的習知玻璃(或混合氧化物)相反，因此玻璃及雲母的混合物係以非常高的有效黏度為特徵。此習知混合物的壓縮模製因此需要較上述共熔釉及雲母混合物更高的壓力。液體釉在施用至模具中漿液的相對低的壓力下提供足夠的流動。外部壓力及毛細效應共同促進熔融成分(共熔釉)在中度壓縮微粒間的過濾。這裡所指的毛細效應為相鄰雲母粒子間的毛細效應，其表面張力可幫助熔融釉的流動。使用具不同尺寸的雲母薄片可幫助緊密堆積以及此毛細效應，因為較小的雲母薄片可幫助填補大的雲母薄片間的縫隙。當隙縫間填補了精細粉末，經調整粒子間的毛細尺寸參數變得很小且表面張力有幫於熔融釉的流動。

圖2-5顯示由模製複合物製得的複合物部件之結構的各種態樣。圖2展示雲母-釉複合物的高度均一性。該圖顯示以30x所取得之掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，顯示與釉模製的大雲母薄片。所形成的複合物具有最少的巨觀瑕疵(Macro-Defect)。熔融共熔釉良好地流動至鄰近雲母薄片間的空間且具有均勻相分布。

圖3以更高倍率(500x)顯示釉及雲母間界面的細節。其清楚顯示不含空隙的界面及新穎類型的相交互作用。雲母的助熔刺激了釉及雲母中之氧化物間的共熔冶金反應。此材料的交互作用係藉由圖4確認，其顯示由光譜學獲得的結果。光譜顯示存在於所有構成氧化物中的元素及痕量的額外金屬及氧化物，其係存在於天然雲母薄片及釉中。

圖5顯示雲母-釉複合物及金屬嵌入物(圖中大圓形物件)間的高品質界面。熔融釉相及助熔雲母在嵌入物周圍製造好的流動，獲得不含空隙的複合物-嵌入物界面。

其他從製程10製得的部件的優勢包括具有下列性質的部件：降低的殘餘應力；低黏度複合物，其使得材料更具流動性且藉此簡化模製；即時加工性；及與其他和複合物材料接觸的部件更好的密封。

雲母及釉成分可個別地用以下比例(重量百分比)摻和在一起：在30%至70%及70%至30%間變化。更特別地，釉-雲母比例(兩者的重量百分比)可為約40%釉比60%雲母，例如為35-45%釉及55-65%雲母。此等數值為非限制性實例，且亦可使用其他數值作為代替。雲母-釉的各種調配物形成不同介電及熱絕緣複合物的系列。

不同的用途可使用不同調配物來達成不同性質。在薄壁盒類型外殼的例子中，最佳化的複合物可具有更高的釉濃度，例如達到70%(重量百分比)的雲母-釉組合重量。在平坦電路板類型裝置的例子中，更高濃度的雲母反而較佳。摻合可伴隨其他添加劑，刺激模製及形成高性能複合物。添加劑的量需足夠，以均一地藉由乾摻合塗布此等精細粒子。施用壓實及成形以稠密及聚集雲母及釉且使混合物成型。添加劑的一個實例是氟矽酸鉀，其可以濃度為從1至5重量%(雲母、共熔釉及添加劑組合成分的重量)使用。

可用製程10來製造模製許多產品，其具有可以滿足不同領域用途的條件的任何各種性質及用途。舉例來說，模製複合物部件可為電子電路基板，如圖6所顯示的基板100。此雲母-釉複合物適用作以下基板材料：用於高溫的電子電路及光學應用，特別是需要複雜幾何形狀者。有共模製端子及導體的能力後，雲母-釉允許經簡化的製造及處理，且雲母-釉可加工性允許精確的最終尺寸。

使用模製複合物的另一個實例為電絕緣及/或熱絕緣組件，及/或作為結構支撐組件，例如圖7所顯示的支撐件200。支撐件200可用於高電壓應用，例如端子及導體。歸因於支撐件200的耐高溫性質，其亦可用作電絕緣體或用於加熱元件的支撐件。此材料亦可用作用於電燈絲的絕緣體。在展示的具體實例中，支撐件200被用於支撐一系列的導電體210。

圖8顯示模製複合物的另一可能用途，作為光學裝置(例如雷射開關)的外殼300的一部分，例如柱狀LiNbO₃雷射Q-開關晶體，其用於前視紅外線感測器。外殼300界定用以接受光學裝置的模槽304。此雷射晶體310的一個實例顯示於圖9中。生長、成柱且拋光良好的LiNbO₃的晶體310包括兩個金屬化的側表面312及314(例如具有金的金屬化)，及包括抗反射光學塗層的端面316及318。裝置係關於電光Q開關製程，其可用於週期性地調節紅外線感測器的雷射模槽中的光線。特別地，晶體310形成波克斯盒(Pockel cell)。從工程的角度來看，此等盒囊封了柱狀或錐狀裝置，其由LiNbO₃晶體310組成，其中電極附著於其上。晶體310經被動地排列且裝於雲母-釉盒型封裝內。當光束沿縱軸330傳播，晶體310的相延滯可藉由施用可變電壓以金屬化來調節。盒因此可作為電壓控制波片。位於端面的具有高抗損害抗反射塗層的晶體允許不同且具高重複率(指在KHz區域)的高能操作。一般來說，此等盒執行一些電光應用，例如開關、脈衝選擇、關上快門及相調節。在所有這些操作中，盒轉移沉積電磁領域裝置。在所有這些設計中，電極典型地位於邊緣，且光束沿著軸330縱向傳播。雖然此等最多樣且發展良好的活性光學晶體具有好的機械及化學穩定度，其抗流暢性通常取決於晶體-外殼-電極界面的品質。雲母-釉外殼提供所需的操作可靠度。

當結合Nd：YAG，Nd：YLF及其他類型固態雷射時，Q開關產生高強度、脈衝雷射光。當適當地成型、拋光、成柱、鑲嵌及配置時，可以低損失、亦具有高對比度及低波前畸變來操作晶體。當適當地囊封至雲母-釉外殼(具不銹鋼電極)時，Q開關在廣泛的熱光參數範圍間展現對溫度穩定的操作。有了幾乎完美的複合物-金屬界面，可排除電失效。LiNbO₃開關通常用在防禦應用，包括標靶裝置、標定器、測距裝置等。可行的醫療應用包括眼及皮膚手術應用。具有此等裝置(及其他金屬嵌入物及/或端子)的共模製複合物可幫助避免弧擊穿及電故障(漏電)，藉此改良操作可靠度及保護雷射晶體或其他裝置。

圖10顯示另一外殼，外殼400，其用於罩住光學裝置，例如雷射晶體310(圖9)。外殼400可包括一系列螺紋嵌入物410，其與複合物材料420共模製。複合物材料420可與置於模具內適當位置的嵌入物410一起壓縮模製，以藉模製複合物材料420固定位置。其他類型的嵌入物，例如金屬銷或端子(例如銷430)，可經置入某處作為模製製程的部件，其中複合物材料模製該等嵌入物周圍。

複合物材料可具有顏色，其對它的組成及/或它的性質有指示性。舉例來說，固化複合物材料可具有玫瑰或黃色調，其可與最終片段中的不同氧化物相關，例如所用雲母釉的不同組成物的使用。可使用不同顏色作為輔助，以確認最終複合物材料片段的性質。

組成物、方法及所得部件可相較於先前成果而提供許多優勢。此等優勢可包括下列一或多種：在高操作溫度下工作的能力；尺寸穩定性；中等到高的壓縮強度；強耐熱震；無排氣的全無機複合物；不透水氣、不透油及不透氣體；禁受中等大小熱循環；高熱絕緣；高介電強度及低電損失；高耐電弧性；真空密封封裝；及/或可與環氧樹脂、封裝玻璃或陶瓷黏著劑結合。此處所描述的雲母-釉複合物在其大部分的熱機械性質上為類陶瓷複合物材料。因為也是可模製材料，其亦為「陶瓷-塑膠的(ceramo-plastic)」，意指其具有類似陶瓷的性質，但像塑膠材料一樣具可模製性。換句話說，雲母-釉複合物混合物可壓製為預成型、加熱到共熔溫度使釉流動，且接著轉移模製或壓縮模製為所欲形狀。在大多數例子中，產品不需最終加工。預估的雲母-釉熱膨脹係數可接近低膨脹金屬及合金的熱膨脹係數。此性質、以及其在模製期間極低的收縮率使金屬嵌入物被模製進複合物，且亦保證相近的尺寸容忍度。金屬強化裝置亦可輕易地製造。

雖然已就某(些)較佳具體實例而展示並描述本發明，但顯而易見的是，在閱讀並理解本說明書及隨附圖式之後，所屬既屬領域中之其他熟習此項技術者將想到等效更改及修飾。尤其對由上文所描述之元件(組件(分)(component)、組合件(assembly)、裝置(devices)、組成物(composition)等)執行的各種功能而言，除非另外指明，否則用於描述此等元件之術語(包括提到「手段(mean)」)意欲對應於執行所描述元件之指定功能的任何元件(亦即，在功能上等效)，即使在結構上不等效於所揭示結構，其執行本文中說明的本發明之例示性具體實例或具體實例中之功能。另外，雖然上文可能已就數個說明性具體實例中之一或多者而描述本發明之特定特徵，但若對任何給定或特定應用而言係需要且有利的，則此等特徵可與其他具體實例之一或多個其他特徵組合。

Claims

一種模製複合物，其包含：雲母薄片；及共熔釉。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其中該共熔釉具有從450℃至550℃的最低共熔溫度。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其中該共熔釉呈精細粉末，具有1至10微米的平均粒徑。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其中該共熔釉係多氧化物釉，其包括多個形成釉之氧化物。
如申請專利範圍第4項之模製複合物，其中該等形成釉之氧化物包括至少一種鹼金屬的氧化物。
如申請專利範圍第4項之模製複合物，其中該等形成釉之氧化物包括至少一種鹼土金屬的氧化物。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其另外包含一或多種額外添加劑。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其另外包含黏結劑。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其另外包含額外添加劑以達成所欲的熱膨脹係數。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其另外包含額外添加劑以達成所欲的導熱性。
如申請專利範圍第1項之材模製複合物，其另外包含額外添加劑以達成所欲的電性質。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其中該模製複合物的組成係30至70重量%的雲母薄片及30至70重量%的共熔釉。
如申請專利範圍第1項之模製複合物，其作為用於電及/或光學元件的外殼的一部分，或作為用於一或多種導電體的支撐件的一部分。
一種製作模製部件的方法，該方法包含：將雲母薄片及共熔釉混合在一起以形成模製複合物；藉由使該模製複合物經受高壓及高溫以熔化該共熔釉，藉此以該共熔釉濕潤該雲母薄片；及在熔化後，使該模製複合物成型為所欲的形狀。
如申請專利範圍第14項之方法，其另外包含在成型之後，固化該模製複合物。
如申請專利範圍第15項之方法，其中固化該模製複合物包括在固定溫度下壓縮該模製複合物直到該共熔釉固化。
如申請專利範圍第15項之方法，其中固化該模製複合物包括在固定高溫下壓縮該模製複合物直到該共熔釉固化。
如申請專利範圍第14項之方法，其中使該模製複合物成型包括壓縮模製該模製複合物。
如申請專利範圍第14項之方法，其中使該共熔釉熔化包括在介於450℃至550℃之間的溫度熔化該共熔釉。
如申請專利範圍第14項之方法，其中混合包括該雲母薄片及該共熔釉；及在混合之後且在熔化之前，另外包含下列：濕潤該雲母薄片及該共熔釉以形成濕混合物；在濕潤之後，壓實該濕混合物；及在壓實之後，使該濕混合物乾燥。