CN104926367B - 一种在陶瓷表面沉积合金层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在陶瓷表面沉积合金层的方法，首先将待沉积陶瓷工件的表面在砂纸上打磨平整；在空心阴极罩体内设置欲溅射元素源极，并将其竖立于罩体内，在所述欲溅射元素源极的对侧放置打磨后的待沉积陶瓷工件；空心阴极罩体、欲溅射元素源极和待沉积陶瓷工件构成等电位辉光放电阴极，并将该等电位辉光放电阴极置于直流脉冲渗金属设备中进行处理；利用红外测温仪对欲溅射元素源极进行测温，将温度控制在750‑800℃，在待沉积陶瓷工件的表面形成厚度为19μm的均匀致密的合金层。该方法能提高陶瓷与合金金属焊接的结合力，使合金层与陶瓷材料结合牢固，不易磨损脱落，同时还具有良好的导电特性，且金属色泽持久不变。

Description

一种在陶瓷表面沉积合金层的方法

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种在陶瓷表面沉积合金层的方法。

背景技术

目前，陶瓷材料具有许多优异的性能，广泛应用于动力机械行业、航空航天、热交换器以及大规模集成电路和电子元器件等方面。但由于陶瓷不导电、与金属焊接结合力不强等不可避免的缺点，限制了陶瓷的进一步广泛应用，因此将陶瓷表面进行金属改性或形成金属镀层，进而与金属连接成复合零件是扩大陶瓷应用的主要途径。

现有技术中在陶瓷表面镀金属的技术主要是电镀和磁控溅射技术，由于陶瓷本身不导电，故需在陶瓷表面先沉积一层导电介质，然后再放在所需度金属溶液中进行电镀，其过程繁杂，也易引入杂质，进而影响陶瓷和金属间的结合力；磁控溅射虽然很好解决了上述问题，但由于磁控溅射温度较低，功率较小，在陶瓷表面沉积的金属层厚度较薄，因此满足不了陶瓷与金属进行焊接所需的沉积金属层厚度。

发明内容

本发明的目的是提供一种在陶瓷表面沉积合金层的方法，提高陶瓷与合金金属焊接的结合力，使合金层与陶瓷材料结合牢固，不易磨损脱落，同时还具有良好的导电特性，且金属色泽持久不变。

一种在陶瓷表面沉积合金层的方法，所述方法包括：

将待沉积陶瓷工件的表面在砂纸上打磨平整；

在空心阴极罩体内设置欲溅射元素源极，并将所述欲溅射元素源极竖立于罩体内，在所述欲溅射元素源极的对侧放置打磨后的待沉积陶瓷工件；

所述空心阴极罩体、欲溅射元素源极和待沉积陶瓷工件构成等电位辉光放电阴极，并将该等电位辉光放电阴极置于直流脉冲渗金属设备中进行处理；

利用红外测温仪对所述欲溅射元素源极进行测温，将温度控制在750-800℃，在所述待沉积陶瓷工件的表面形成厚度为19μm的均匀致密的合金层。

所述方法还包括：

根据所使用的不同空心阴极罩体，在所述待沉积陶瓷工件的表面沉积不同的合金层。

所述方法还包括：

若所用空心阴极罩体为不锈钢，则在所述待沉积陶瓷工件的表面形成一层均匀致密的钨钼合金沉积层；

或者，若所用空心阴极罩体为石墨板，则在所述待沉积陶瓷工件表面形成一层均匀致密的纯钛金属沉积层。

所述欲溅射元素源极包括：金属纯钛或钨钼合金。

所述欲溅射元素源极的尺寸高×宽×厚为40mm×30mm×10mm；

且所述待沉积陶瓷工件的尺寸高×宽×厚为30mm×25mm×8mm。

所述待沉积陶瓷工件和欲溅射元素源极之间的距离为8-15mm。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法能提高陶瓷与合金金属焊接的结合力，使合金层与陶瓷材料结合牢固，不易磨损脱落，同时还具有良好的导电特性，且金属色泽持久不变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供在陶瓷表面沉积合金层的方法流程示意图；

图2为本发明具体实例所提供的空心阴极等电位阴极辉光放电的发生装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例利用空心阴极辉光放电技术，将真空室内惰性气体氩气在外加高压下发生电离，轰击到欲溅射元素源极上，并使欲渗合金元素从源极表面溅射出来，并吸附在陶瓷工件的表面。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供在陶瓷表面沉积合金层的方法流程示意图，所述方法包括：

步骤11：将待沉积陶瓷工件的表面在砂纸上打磨平整；

步骤12：在空心阴极罩体内设置欲溅射元素源极，并将所述欲溅射元素源极竖立于罩体内，在所述欲溅射元素源极的对侧放置打磨后的待沉积陶瓷工件；

该步骤中，待沉积陶瓷工件和欲溅射元素源极之间的距离范围在8-15mm。

且欲溅射元素源极可以包括：金属纯钛或钨钼合金。

具体实现中，欲溅射元素源极的尺寸高×宽×厚可以为40mm×30mm×10mm；且所述待沉积陶瓷工件的尺寸高×宽×厚可以为30mm×25mm×8mm。当然，本领域技术人员根据实际需要改变欲溅射元素源极和待沉积陶瓷工件的尺寸参数也是可行的。

步骤13：所述空心阴极罩体、欲溅射元素源极和待沉积陶瓷工件构成等电位辉光放电阴极，并将该等电位辉光放电阴极置于直流脉冲渗金属设备中进行处理；

这里，根据所使用的不同空心阴极罩体，可以在所述待沉积陶瓷工件的表面沉积不同的合金层。

具体实现中，若所用空心阴极罩体为不锈钢，则在所述待沉积陶瓷工件的表面形成一层均匀致密的钨钼合金沉积层；若所用空心阴极罩体为石墨板，则在所述待沉积陶瓷工件表面形成一层均匀致密的纯钛金属沉积层。

步骤14：利用红外测温仪对所述欲溅射元素源极进行测温，将温度控制在750-800℃，在所述待沉积陶瓷工件的表面形成厚度为19μm的均匀致密的合金层。

下面以具体实例对上述方法流程进行详细说明，以下实例采用如图2所示的空心阴极等电位阴极辉光放电的发生装置，图2中包括：欲溅射元素源极1、待沉积陶瓷工件2、空心阴极罩体3、直流脉冲渗金属设备的腔体4、阳极接地5、直流脉冲电源6、抽气系统气体通道7和供气系统气体通道8，其中：

空心阴极罩体3放置于金属不锈钢或石墨底板上，所述底板置于直流脉冲渗金属设备的阴极架上；待沉积陶瓷工件2、欲溅射元素源极1、空心阴极罩体3及底板共同置于直流脉冲渗金属设备的腔体4内，直流脉冲电源的负极与阴极架连接，所述直流脉冲电源的正极与腔体4连接并接地；所述空心阴极罩体3的一侧还开有圆孔，腔体4的侧壁对应所述圆孔的部位设有透明窗，且正对所述透明窗的部位设有红外测温仪；腔体4的下壁设有抽气系统气体通道7和供气系统气体通道8。

利用上述的发生装置，具体流程为：

实施例1、首先将陶瓷工件表面在砂纸上打磨平整，其陶瓷工件的尺寸大小可调，本实例使用陶瓷工件尺寸为30mm×25mm×8mm。

如图2所示，将待沉积陶瓷工件和欲溅射元素源极按图2的位置摆放，空心阴极罩体、欲溅射元素源极和待沉积陶瓷工件构成等电位辉光放电阴极，并将该等电位辉光放电阴极置于直流脉冲渗金属设备的腔体中进行处理，由红外测温仪对欲溅射元素源极进行测温。

该实例1中，欲溅射元素源极为钨钼合金，空心阴极罩体材质为不锈钢，欲溅射元素源极的摆放位置如图2中“1”处；待沉积陶瓷工件的摆放位置如图2中“2”处；且欲溅射元素源极与待沉积陶瓷工件间的距离为8mm。

放电前采用机械泵将本底气压抽至2Pa以下，进气口一端与质量流量控制器连接，通过质量流量控制器分别控制氩气流量和气体气压，气体流量为90～100sccm，放电气压为30～50Pa；采用直流脉冲电源，脉冲电流占空比30％～60％，电压控制在650～750V，电流2.0～4.0A，放电时间为5～6h。

通过红外测温仪对欲溅射元素源极进行测温，温度控制在750～800℃，在待沉积陶瓷工件的表面形成厚度为19μm的均匀、致密的钨钼合金沉积层。

实施例2、首先将陶瓷工件表面在砂纸上打磨平整，其陶瓷工件的尺寸大小可调，本实例使用陶瓷工件尺寸为30mm×25mm×8mm。

如图2所示，将待沉积陶瓷工件和欲溅射元素源极按图2的位置摆放，空心阴极罩体、欲溅射元素源极和待沉积陶瓷工件构成等电位辉光放电阴极，并将该等电位辉光放电阴极置于直流脉冲渗金属设备的腔体中进行处理，由红外测温仪对欲溅射元素源极进行测温。

该实例2中，欲溅射元素源极为金属纯钛，空心阴极罩体材质为石墨，欲溅射元素源极的摆放位置如图2中“1”处；待沉积陶瓷工件的摆放位置如图2中“2”处；且欲溅射元素源极与待沉积陶瓷工件的距离为10mm。

放电前采用机械泵将本底气压抽至2Pa以下。进气口一端与质量流量控制器连接，通过质量流量控制器分别控制氩气流量和气体气压，气体流量为90～100sccm，放电气压为30～50Pa；采用直流脉冲电源，脉冲电流占空比30％～60％，电压控制在650～750V，电流2.0～4.0A，放电时间为5～6h。

通过红外测温仪对欲溅射元素源极进行测温，温度控制在750～800℃，经过离子溅射沉积后，在待沉积陶瓷工件表面形成金属纯钛沉积层。

综上所述，本发明实施例所提供的方法可以方便快捷地在陶瓷工件上沉积一层金属层，金属层的厚度可达到19μm，适合于陶瓷与金属间的焊接，提高两者焊接处的结合力；此外，陶瓷外表面沉积一层金属层，使得陶瓷具有良好的导电性能，且能保持金属色泽持久不变的能力，极大的拓展了陶瓷在电子元件、装饰用品上的应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种在陶瓷表面沉积合金层的方法，其特征在于，所述方法包括：

将待沉积陶瓷工件的表面在砂纸上打磨平整；

在空心阴极罩体内设置欲溅射元素源极，并将所述欲溅射元素源极竖立于罩体内，在所述欲溅射元素源极的对侧放置打磨后的待沉积陶瓷工件；

所述空心阴极罩体、欲溅射元素源极和待沉积陶瓷工件构成等电位辉光放电阴极，并将该等电位辉光放电阴极置于直流脉冲渗金属设备中进行处理；

利用红外测温仪对所述欲溅射元素源极进行测温，将温度控制在750-800℃，在所述待沉积陶瓷工件的表面形成厚度为19μm的均匀致密的合金层；

其中，所述欲溅射元素源极包括：金属纯钛或钨钼合金；

所述欲溅射元素源极的尺寸高×宽×厚为40mm×30mm×10mm；且所述待沉积陶瓷工件的尺寸高×宽×厚为30mm×25mm×8mm；

所述待沉积陶瓷工件和欲溅射元素源极之间的距离为8-15mm。

2.根据权利要求1所述在陶瓷表面沉积合金层的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所使用的不同空心阴极罩体，在所述待沉积陶瓷工件的表面沉积不同的合金层。

3.根据权利要求1或2所述在陶瓷表面沉积合金层的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所用空心阴极罩体为不锈钢，则在所述待沉积陶瓷工件的表面形成一层均匀致密的钨钼合金沉积层；

或者，若所用空心阴极罩体为石墨板，则在所述待沉积陶瓷工件表面形成一层均匀致密的纯钛金属沉积层。