CN103436846B - 高体积分数SiC铝基复合材料表面离子镀铝膜层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高体积分数碳化硅铝基复合材料表面铝膜层制备方法，即铝基碳化硅复合材料表面离子镀纯铝膜层的方法。将铝基碳化硅复合材料构件置于真空炉内，与真空室壳体之间加上负偏压，抽真空后通直流电并充氩，利用辉光离子对构件进行轰击净化活化处理，清除表面氧化膜和吸附物；接通高频电源，热解BN坩埚内的纯铝镀料通过高频感应加热蒸发，铝蒸发粒子在电场作用下，加速沉积在铝基碳化硅构件表面，形成0.13～0.25mm厚的铝膜层。采用这种方法，由于沉积粒子与铝基同种元素之间的强键合作用，以及辉光离子轰击对构件表面的净化活化作用，从而在铝基碳化硅复合材料表面形成结合牢固的铝膜层，达到改善这类材料连接性能的目的。

Description

高体积分数SiC铝基复合材料表面离子镀铝膜层的方法

技术领域:

本发明属于金属复合材料表面改性技术领域，具体涉及一种高体积分数SiC铝基复合材料表面离子镀铝膜层的方法。

背景技术:

高体积分数SiC铝基复合材料及构件具有高弹性模量、高热导率、低密度的优点，而且可通过SiC体积分数和粘接剂添加量等来调整膨胀系数，用于电子封装构件可以实现与GaAs芯片和氧化铝基板的热匹配，因而在微波集成电路、功率模块和微处器盖板及散热板等领域得到广泛应用。

然而，高体积分数SiC铝基复合材料用于电子封装构件时往往要与不同材料进行连接才能制成最终的产品。由于这类复合材料表面有许多裸露的SiC颗粒，而SiC颗粒的润湿性较差，从而在连接接头界面上形成了大量的颗粒与连接件之间的弱连接，结合强度难以达到基体合金的连接强度。因此,如何解决SiC颗粒的润湿性是实现铝基复合材料连接的技术关键。

为了改善高体积分数SiC铝基复合材料的连接性能，人们试图通过在其表面镀覆镍(磷)、铜等镀层进行改性。目前使用较多的方法有电镀和化学镀。由于电镀层与连接界面上占较高体积分数的SiC难以形成有效的结合，连接强度大打折扣。而化学镀虽然可以解决与非金属SiC的连接问题，但先期预处理对SiC的净化、活化效果不佳，连接强度有限。如果能在高体积分数SiC铝基复合材料构件表面覆上一层完整的纯Al层,厚度在0.13～0.25mm之间，从而可以采用Al的表面处理工艺和钎焊工艺，这将使高体积分数SiC铝基复合材料与其他不同材料的连接问题简单化，解决这一问题意义重大。鉴于此，本发明提供了一种高体积分数SiC铝基复合材料表面离子镀铝膜层的方法

发明内容:

综上所述，本发明的目的是针对高体积分数SiC铝基复合材料表面润湿性和钎焊性差的问题，而提供一种高体积分数SiC铝基复合材料表面离子镀铝膜层的方法，具体地说，是在高体积分数SiC铝基复合材料表面离子镀制备铝膜改性层的方法，即在真空条件下，使用热解BN坩埚高频感应加热蒸发铝，采用离子镀手段，将铝粒子加速沉积在SiC铝基复合材料表面，形成0.13～0.25mm厚的铝膜层。采用这种方法，由于离子轰击预处理可使高体积分数SiC铝基复合材料表面的净化、活化作用，沉积粒子对基材表面的轰击作用，加之沉积粒子与铝基同种元素之间强键合作用，从而在这种复合材料表面形成结合牢固的铝膜层。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高体积分数SiC铝基复合材料表面离子镀铝膜层的方法，包括以下步骤：

第一步、将高体积分数SiC铝基复合构件置于离子镀膜真空室内，抽真空至10^-2～10^-4Pa；

第二步、在高体积分数SiC铝基复合材料构件与真空室壳体之间接通直流电源，壳体接地，SiC铝基复合材料构件与真空室壳体之间电位差为-200～-240V，通氩气至高体积分数SiC铝基复合材料构件表面产生辉光，对高体积分数SiC铝基复合材料构件表面进行轰击净化活化处理，时间6～8min；

第三步、接通高频电源，热解BN坩埚内的纯铝镀料通过高频感应加热蒸发，同时利用送给机构不断向坩埚内供给铝；铝蒸发粒子在电场作用下，加速沉积在高体积分数SiC铝基复合材料构件表面，形成均匀的镀铝膜层，沉积时间20～30min；

第四步、关闭高频电源和直流电源，关闭氩气送气系统，构件在真空条件下降至室温，出炉。

进一步，所述的步骤（1）将高体积分数SiC铝基复合材料构件置于离子镀膜真空室内是指，高体积分数SiC铝基复合材料构件放置的工件架上可以是卧式，立式或自旋转式，利用离子镀良好的绕镀性，形成均匀的镀覆层。

进一步，所述的步骤（2）通氩气至高体积分数SiC铝基复合材料构件表面产生辉光是指，直流电源施加-200～-240V偏压后，通入的氩气压力至刚好能够产生辉光放电即可。

进一步，所述的步骤（3）的高频感应加热是指，高频感应交流电的频率为10⁴～10⁶Hz；利用送给机构不断向坩埚内供给铝是指，使铝的供给与蒸发平衡。

进一步，所述的热解BN坩埚内添加的铝镀料的成分为：Al≥99.99%。

进一步，所述的镀铝膜层成分为：Al≥99.9%。

本发明的积极效果是：

1、真空条件下，采用离子轰击预处理，可有效去除高体积分数SiC铝基复合材料构件致密的氧化膜，有效去除裸露的SiC颗粒表面的吸附物，净化活化效果好，使沉积粒子与基材能够达到原子间键合，膜层附着力强。

2、高体积分数SiC铝基复合材料构件中铝基与沉积铝膜层属同种材料，物理、化学性能以及晶格参数相同，相当于铝的外延生长，不受膜层厚度应力限制，结合强度可以达到铝基自身强度。

3、本发明的镀覆层为纯铝膜层，可以采用Al的表面处理工艺和钎焊工艺，不受SiC颗粒对润湿性影响，有助于连接件之间的结合。

具体实施方式：

以下实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：厚度为5mm的高体积分数SiC铝基复合材料构件，长、宽尺寸为80mm×10mm，在其表面离子镀覆纯铝膜层，工艺步骤为：

第一步、将铝基SiC复合材料构件置于离子镀膜真空室内，抽真空至10^-2Pa；

第二步、在铝基SiC构件与真空室壳体之间接通直流电源，壳体接地，SiC铝基复合材料构件与真空室壳体之间电位差为-200V，通氩气至构件表面产生辉光，对构件表面进行轰击净化活化处理，时间8min；

第三步、接通高频电源，调整频率为10⁶Hz，热解BN坩埚内的铝镀料通过高频感应加热蒸发，同时利用送给机构不断向热解BN坩埚内供给铝，所述的热解BN坩埚内添加的铝镀料的成分为：Al≥99.99%，铝蒸发粒子在电场作用下，加速沉积在铝基SiC复合材料构件表面，形成均匀的镀铝膜层，所述的镀铝膜层成分为：Al≥99.9%，沉积时间20min；

第四步、关闭高频电源和直流电源，关闭氩气送气系统，构件在真空条件下降至室温，出炉。

实施例2：

厚度为8mm的铝基SiC复合材料构件，长、宽尺寸为100mm×15mm，在其表面离子镀覆纯铝膜层，工艺步骤为：

第一步、将铝基SiC复合材料构件置于离子镀膜真空室内，抽真空至10^-3Pa；

第二步、在铝基SiC构件与真空室壳体之间接通直流电源，壳体接地，SiC铝基复合材料构件与真空室壳体之间电位差为-220V，通氩气至构件表面产生辉光，对构件表面进行轰击净化活化处理，时间7min；

第三步、接通高频电源，调整频率为10⁵Hz，热解BN坩埚内的铝镀料通过高频感应加热蒸发，同时利用送给机构不断向热解BN坩埚内供给铝，所述的热解BN坩埚内添加的铝镀料的成分为：Al≥99.99%，铝蒸发粒子在电场作用下，加速沉积在铝基复合材料SiC构件表面，形成均匀的镀铝膜层，所述的镀铝膜层成分为：Al≥99.9%，沉积时间25min；

第四步、关闭高频电源和直流电源，关闭氩气送气系统，构件在真空条件下降至室温，出炉。

实施例3：

厚度为10mm的铝基SiC复合材料构件，长、宽尺寸为120mm×20mm，在其表面离子镀覆纯铝膜层，工艺步骤为：

第一步、将铝基SiC复合材料构件置于离子镀膜真空室内，抽真空至10^-4Pa；

第二步、在铝基SiC构件与真空室壳体之间接通直流电源，，壳体接地，SiC铝基复合材料构件与真空室壳体之间电位差为-240V，通氩气至构件表面产生辉光，对构件表面进行轰击净化活化处理，时间6min；

第三步、接通高频电源，调整频率为10⁴Hz，热解BN坩埚内的铝镀料通过高频感应加热蒸发，同时利用送给机构不断向热解BN坩埚内供给铝，所述的热解BN坩埚内添加的铝镀料的成分为：Al≥99.99%，铝蒸发粒子在电场作用下，加速沉积在铝基SiC复合材料构件表面，形成均匀的镀铝膜层，所述的镀铝膜层成分为：Al≥99.9%，沉积时间30min；

第四步、关闭高频电源和直流电源，关闭氩气送气系统，构件在真空条件下降至室温，出炉。

Claims (1)

1.一种高体积分数SiC铝基复合材料表面离子镀铝膜层的方法，其特征在于：选择长、宽、厚尺寸为100mm×15mm×8mm的SiC铝基复合材料构件，在其表面离子镀覆纯铝膜层的工艺步骤为：

第一步、将SiC铝基复合材料构件置于离子镀膜真空室内，抽真空至0.001Pa；

第二步、在SiC铝基复合材料构件与真空室壳体之间接通直流电源，壳体接地，SiC铝基复合材料构件与真空室壳体之间电位差为-220V，通氩气至SiC铝基复合材料构件表面产生辉光，对SiC铝基复合材料构件表面进行轰击净化活化处理，时间7min；

第三步、接通高频电源，调整频率为10⁵Hz，热解BN坩埚内的铝镀料通过高频感应加热蒸发，同时利用送给机构不断向热解BN坩埚内供给铝，所述的热解BN坩埚内添加的铝镀料的成分为：Al≥99.99％，铝蒸发粒子在电场作用下，加速沉积在SiC铝基复合材料构件表面，形成均匀的镀铝膜层，所述的镀铝膜层成分为：Al≥99.9％，沉积时间25min；

第四步、关闭高频电源和直流电源，关闭氩气送气系统，SiC铝基复合材料构件在真空条件下降至室温，出炉。