[發明專利]一種基于電子束輻照的三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體的連接方法

有效

• 申請號: 201911153166.6
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110735115B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 姜巍;王浪平;王小峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/16;C23C14/08;C23C14/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種基于電子束輻照的三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體的連接方法，它涉及一種三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體的連接方法。本發明的目的是要解決現有常規釬焊方法實現陶瓷與金屬連接，耗時較長，效率低的問題。方法：一、打磨、除油；二、制備中間連接層；三、制備陶瓷涂層；四、電子束輻照，得到復合涂層。本發明使用電子束蒸鍍氣相沉積與電子束輻照加熱相結合的方法，利用活性中間連接層實現三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基底的可靠連接，通過制備高結合力的陶瓷涂層以提高金屬基底的表面性能與使用壽命；本發明的方法制備的三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體的結合力在30N以上。本發明適用于連接三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體。

技術領域

本發明涉及一種三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體的連接方法。

背景技術

隨著科技的發展，金屬基體在高溫環境下容易發生腐蝕、氧化、磨損，從而引起性能下降，限制了其應用領域。陶瓷材料具有高強度、高硬、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等特性，但韌性、延展性、加工性能較差。因此將陶瓷與金屬材料進行連接，發揮其各自性能優勢，成為了最優化的選擇。在金屬基體表面制備微米級陶瓷涂層，實現金屬基體與陶瓷涂層的可靠連接，利用陶瓷涂層的隔熱性、耐腐蝕性、耐氧化性、耐磨損性以及電絕緣性，在電子器件、航空航天、機械裝備制造等領域有廣闊的應用前景。陶瓷涂層制備主要以電泳、微弧氧化、等離子噴涂、PVD氣相沉積等方法為主，PVD氣相沉積制備的陶瓷涂層綜合質量相對較好。

陶瓷與金屬的連接經過多年的研究，實驗與生產中常用的是釬焊技術，通過釬料中含有的活性元素(Sn、Pb、Ag、Ti、V等)，在高溫下潤濕陶瓷與金屬基體，在界面處形成反應產物，實現陶瓷涂層與金屬基體的可靠連接。在陶瓷涂層與金屬基體的釬焊連接過程中，連接溫度與連接時間均會限制接頭中活性元素的擴散與反應，從而影響接頭的連接強度，常規釬焊方法實現陶瓷與金屬連接，耗時較長，效率低。

發明內容

本發明的目的是要解決現有常規釬焊方法實現陶瓷與金屬連接，耗時較長，效率低的問題，而提供一種基于電子束輻照的三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體的連接方法。

一種基于電子束輻照的三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體的連接方法，是按以下步驟完成的：

一、使用砂紙對金屬基體進行打磨，再進行機械拋光，得到表面光亮的金屬基體；依次使用石油醚和無水乙醇對表面光亮的金屬基體分別超聲清洗，得到去除表面油污的金屬基體；

二、制備中間連接層：

以鈦靶材或Ag-Cu-Ti靶材為蒸鍍靶材，采用電子束蒸鍍氣相沉積方法在去除表面油污的金屬基體表面沉積Ti層或Ag-Cu-Ti層，得到表面含有中間連接層的金屬基體；

步驟二中所述的電子束蒸鍍氣相沉積的工藝參數為：金屬基體的溫度為0℃～600℃，電子束加速電壓為6kV～10kV，電子束束流20mA～200mA，真空室的真空度6.0×10^-2Pa，蒸鍍時間為5min～30min；

三、制備陶瓷涂層：

以三氧化二鋁顆粒為蒸鍍靶材，采用電子束蒸鍍氣相沉積方法在表面含有中間連接層的金屬基體表面沉積三氧化二鋁陶瓷涂層，得到表面沉積有中間連接層與三氧化二鋁陶瓷涂層的金屬基體；

步驟三中所述的電子束蒸鍍氣相沉積的工藝參數為：金屬基體的溫度為0℃～600℃，電子束加速電壓為6kV～10kV，電子束束流20mA～200mA，真空室的真空度6.0×10^-2Pa，蒸鍍時間為0.5h～3h；

四、電子束輻照：

將表面沉積有中間連接層與三氧化二鋁陶瓷涂層的金屬基體進行電子束輻照，得到復合涂層，即完成一種基于電子束輻照的三氧化二鋁陶瓷涂層與金屬基體的連接方法；