CN107245698B - 一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮 - Google Patents

一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮 Download PDF

Info

Publication number
CN107245698B
CN107245698B CN201710519475.5A CN201710519475A CN107245698B CN 107245698 B CN107245698 B CN 107245698B CN 201710519475 A CN201710519475 A CN 201710519475A CN 107245698 B CN107245698 B CN 107245698B
Authority
CN
China
Prior art keywords
evaporating
evaporating basket
layer
aluminum oxide
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710519475.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107245698A (zh
Inventor
李强
郑钦龙
陈精杰
乔星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201710519475.5A priority Critical patent/CN107245698B/zh
Publication of CN107245698A publication Critical patent/CN107245698A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107245698B publication Critical patent/CN107245698B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/26—Vacuum evaporation by resistance or inductive heating of the source
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0254—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
    • B05D3/0406—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases the gas being air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/243—Crucibles for source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，所述蒸发篮表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层，采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.15~0.5mmAl2O3缓冲层；再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发篮上喷涂制备厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层。本发明采用复合工艺制备不同微观结构的Al2O3涂层蒸发篮，多孔结构的缓冲层在服役中不但可以起到应力减缓作用，而且还能防止后续喷涂带来的基体氧化问题；而致密、低孔率的Al2O3喷涂层又发挥了优良的耐腐蚀性，该蒸发篮可长久、广泛应用于真空蒸镀金属薄膜技术领域。

Description

一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮
技术领域
本发明属于真空镀膜技术领域，具体涉及一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮。
背景技术
电阻加热式蒸发源因其结构简单、安装方便，价格低廉等特点，广泛应用于各个领域，但是也有个缺点即蒸镀的材料范围有限。作为盛装低熔点金属膜材（如Al、Ag、Fe、Ti、Ni等）的具有耐高温、耐金属熔体侵蚀性能和耐热冲击性能，在高真空下条件下导电发热的一种装置，是各种真空热蒸发镀膜设备中最易损耗的核心部件，也是影响金属薄膜性能质量、生产效率及制造成本的关键。电阻加热式蒸发源通常选用高熔点、低蒸汽压、化学和机械性能稳定的难熔金属如W、Mo、Ta或金属间化合物如TiB2-BN或高纯石墨制成箔状源、坩埚或者丝状源，统称为蒸发源。它是利用对电阻加热材料直接通电，使电流通过后产生大量焦耳热而获得高温来熔融金属膜材达到蒸发的作用。实际应用中，金属质蒸发源加热后会变脆而易折断，尤其于高真空下与高温熔融金属（比如Ni，Al）相浸润而发生合金化降低整个材料的熔点更是如此，导致该类蒸发源使用寿命无法得到保证。这种蒸发源材料与镀膜材料相浸润形成金属合金是破坏金属蒸发源最主要的原因，导致在高校的科研试验和企业生产中使用该类金属蒸发源的寿命近乎一次性。许多研究者为了提高各种蒸发源材料的耐腐蚀性、机械性能和使用寿命，已发表了众多专利。国内报道了一种（CN 102465261A）将氧化铝和阿拉伯树胶形成的浆体包覆在钨篮表面，再进行烧结，但是其制备工艺周期长且该涂覆层由粗颗粒级粉末烧结而成，孔隙多，涂层质量难以把控易导致真空镀铝时铝熔体渗入并进一步侵蚀基体。此外，单层陶瓷涂层在使用时由于与基体钨的热物性能存在相容性问题，当温度骤变时，热失配应力易导致涂层剥离、脱落。而在国外的报道中（US Patent 4054500）则先使用电泳技术在钨丝篮表面制备了氧化铝薄层，仅为了起到保护基体不受后续喷涂作业氧化的作用，但是电沉积条件苛刻，电泳液准备工期冗长，受多种因素影响，不易掌控，且结构不稳定镀层脆性大，该技术制备的陶瓷沉积层与金属基体结合弱，难以在此基础上再进行喷涂作业，所以无法展现陶瓷涂层本身具有的优良的防腐能力。而另一则国内报道（CN 102978574 A）是采用间接的加热方式蒸镀，即将坩埚放入螺旋锥形钨丝篮内形成加热丝/坩埚分体式的蒸发源，是通过加热丝的电阻将电能转换成热能对膜材进行加热，因此加热丝与坩埚的吻合程度很大程度上决定了蒸发源的蒸发性能和设备的电能消耗。另外，高温铝熔体在真空下非常活泼，易产生飞溅、溢出坩埚与金属丝发生合金化。因此开发具有耐熔融金属腐蚀、寿命长的新型金属质蒸发篮是各种真空镀膜企业和使用者的研究课题。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题和金属质蒸发源服役过程中与高温熔融金属发生合金化易折断，加热丝/陶瓷坩埚式蒸发源热效率低、设备能耗高的问题，提供用于一种真空热蒸发镀膜氧化铝涂层钨质蒸发篮。所述钨质蒸发篮表面采用浸渍法和等离子喷涂法复合工艺制备不同微观结构的氧化铝涂层，首先利用浸渍法制备一层薄的多孔疏松状氧化铝缓冲层，不但能避免后续大气喷涂作业带来的基体氧化问题，而且在实际服役中还能起到应力缓和作用；再采用等离子喷涂技术制备一层厚的低孔率、致密氧化铝涂层，发挥了优良的耐腐蚀性。本发明提供的这种钨/氧化铝涂层内热式仿形一体仿形设计蒸发篮，能够大大提高使用寿命。等离子喷涂技术是采用等离子弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热至熔融或半熔融状态，能将Al2O3粉末充分熔化并高速喷向工件表面而形成附着牢固的表面防护涂层。
用于实现上述目的的技术方案为：
一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，所述蒸发篮的表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层，采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.15~0.5mmAl2O3缓冲层，再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发篮上喷涂制备厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层；所述蒸发篮的制备方法包括如下步骤：
（1）氧化铝陶瓷浆料的制备：将氧化铝粉末和溶剂以质量比50~75：20~45的比例混合，并加入氧化铝粉末质量0.1~3%的分散剂、0.1~10%的流变剂和造孔剂羧甲基纤维素、2~10%的粘结剂，于行星球磨机混磨1~2h得到分散均匀、PH值10~11、流动性良好且适合于浸渍挂浆的氧化铝陶瓷浆料；
（2）蒸发篮表面预处理：将蒸发篮基体采用碱洗、浸泡羧甲基纤维素溶液和浸泡硅溶胶溶液中的一种或几种工艺处理，提高基体与陶瓷浆料的润湿性和附着力；其基体材料包括W、Mo、Ta中的一种；
（3）旋涂浸渍氧化铝薄层：将步骤（2）中预处理后的蒸发篮浸入氧化铝陶瓷浆料10~30s，旋转提拉至涂层厚度为150μm~500μm并均匀覆盖，然后置于空气中或烘箱中干燥；
（4）烧结：分为低温排胶和高温烧结两个阶段，首先将步骤（3）浸渍后的坯体置于高温箱式炉有氧氛围中、温度25℃~500℃缓慢升温排出有机添加剂，称为“排胶”阶段；然后再将排完胶的坯体置于还原氛围中或真空中的管式炉、温度25℃~1650℃缓慢升温30~50h烧结得到初步制品；
（5）等离子喷涂Al2O3耐腐蚀层：将烧成的初步制品超声震荡清洗后，采用大气等离子喷涂技术在氧化铝薄层上制备一层厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层。
步骤（1）中的有机添加剂均为分析纯，氧化铝粉末粒度为1.5~45μm。
步骤（1）中所述的分散剂包括三乙醇胺、PEI、鱼油、脂肪酸。
步骤（1）中所述的溶剂包括乙醇、丙酮、苯、水以及乙醇和丙酮任意体积比的混合溶剂。
步骤（1）中所述的粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、PVA、硝化棉。
步骤（2）中的预处理液对应为10~20wt%的NaOH溶液，1~5wt%羧甲基纤维素溶液和高浓度硅溶胶溶液。
在步骤（3）中，旋涂浸渍采用提拉仪，干燥方式选择自然风干或置于烘干箱50~70℃烘干。
在步骤（4）中，低温排胶阶段升温速率2℃/min，在500℃保温2h确保添加剂都能彻底排除；高温烧结阶段1400℃以下升温速率1~2℃/min，1400~1650℃升温速率0.8~1℃/min，于1650℃保温15-60min，整个过程在还原气氛或真空中进行。
在步骤（5）中，采用等离子喷涂制备耐腐蚀涂层时，喷涂工艺为：粒度35~45μm氧化铝粉；电弧电压60-70V；喷涂电流600-650A；主气流量45 L/min，次气流量7~10L/min ；喷涂距离80~100mm；送粉量2.0-3.0kg/h。
本发明采用上述的技术方案，具有以下优点：采用粗粉配制的陶瓷料浆，浸渍制备得到的厚度为0.15~0.5mm氧化铝层经不完全烧结后留有孔隙且能保证与基体具有一定的结合强度，能使基体在后续喷涂中的具有支撑强度、防止氧化和增加了实际服役中的应变容限，再结合大气等离子喷涂技术制备的氧化铝涂层，结合强度高、孔隙率低，与高温铝熔体不润湿可确保在实际工况中蒸发篮电阻的一致性，同时具有耐高温、耐金属熔体腐蚀，可大大延长金属蒸发源的服役寿命，循环使用，降低制造生产成本，并且能减少设备能耗，有望取代市场上流行的金属-陶瓷坩埚分体式蒸发源，可广泛应用于高校科研试验和真空镀膜行业。本发明设计的这种内热式仿形一体化蒸发源以相对较低的功率就能达到预期的蒸发温度1275℃（足够蒸发Al等难熔活泼金属），封闭式的底端允许蒸镀的材料形式可以是块材、丝材、颗粒粉末等。
本发明公开了一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，所述蒸发篮表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层，采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.15~0.5mmAl2O3缓冲层；再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发篮上喷涂制备厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层。本发明采用复合工艺制备不同微观结构的Al2O3涂层蒸发篮，多孔结构的缓冲层在服役中不但可以起到应力减缓作用，而且还能防止后续喷涂带来的基体氧化问题；而致密、低孔率的Al2O3喷涂层又发挥了优良的耐腐蚀性，该蒸发篮作为一种内热式一体化坩埚可长久、广泛应用于真空蒸镀金属薄膜技领域。
本发明将氧化铝优良的热化学稳定性与W优异的抗热冲击性结合起来，服役中由于热膨胀系数的差异必将产生热失配应力，作为多孔结构的缓冲层能将蒸发篮材料内部产生的残余应力通过孔洞释放出去，从而增加了应变容限；作为耐腐蚀层，具有良好的高温力学性能是必不可少的，蒸发篮外层涂层在室温下通过维氏压痕法测试涂层的显微硬度和断裂韧性分别为1179±56Hv0.5，3.12±0.22 MPam0.5，其性能满足蒸镀低熔点金属的机械性能。本发明所采取的制备工艺周期短，基本符合工业效益的要求。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施案例的氧化铝涂层蒸发源制备流程；
图2为本发明实施案例的钨丝蒸发篮的示意图；
图3为本发明实施案例的钨质蒸发篮的表面涂层构造示意图；
图4为本发明实施例1制得的蒸发篮不同微观结构的涂层电镜扫描图；
图5为依照本发明方案实施的成功案例；
图6为本发明实施例1制得的蒸发篮的耐腐蚀Al2O3涂层截面的电镜扫描显微图（左）和调整电镜扫描显微图中的致密区域和孔隙区域的色差后的图（右）；
图7为本发明实施例1制得的蒸发篮截面的能谱示意图；
图8为本发明实施例1制得的蒸发篮在10-4Pa下的加热功率与温度关系图；
图9为本发明实施例1制得的蒸发篮在10-4Pa下蒸镀铝25次后的电镜扫描图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
将50g氧化铝亚微米粉、15ml乙醇和10ml丙酮混合溶剂，加入1g三乙醇胺作为分散剂、0.15g羧甲基纤维素作为流变剂和造孔剂、1g PVB作为粘结剂，于行星球磨机球磨2h均匀混合成陶瓷料浆，PH值10。将浸泡15wt%氢氧化钠溶液的钨篮（图2）放入料浆中旋涂浸渍至涂层厚度为350μm并均匀覆盖，经自然干燥后置于高温箱式炉有氧氛围中烧结，其烧结温度为25~500℃，升温速率2℃/min，并于500℃保温2h；然后将坯体置于真空中的管式炉烧结，温度25℃~1650℃缓慢升温，1400℃以下升温速率2℃/min ，1400~1650℃阶段的升温速率0.8℃/min，1650℃保温30min，冷却过程均控制在1℃/min。烧成的制品经超声震荡清洗，随即采用等离子喷涂耐腐蚀涂层，涂层厚度为0.5mm。喷涂工艺参数：35~45μm氧化铝粉；电弧电压65V；喷涂电流600A；主气流量45 L/min，次气流量7L/min ；喷涂距离80mm；送粉量2.4kg/h。
实验所用的添加剂均匀分析纯。
图6为本发明蒸发篮最外层耐腐蚀Al2O3涂层局部电镜扫描图（左），通过图像分析标准测试方法，调整电镜扫描显微图中的致密区域和孔隙区域的色差后的图（右），测算出孔隙区域面积分数即为孔隙率，测得外层的孔隙率仅为2.42±1.2%，致密性极高，且氧化铝惰性大与众多待镀金属不润湿，能有效防止金属溶体侵入破坏蒸发篮的基体。图7为本发明蒸发篮截面的能谱示意图，根据从基体-缓冲层-耐腐蚀层的路径进行扫描，沿着该路径氧元素、铝元素的强度在基体与涂层界面处急剧下降而钨元素急剧上升，这种元素强度的突变现象表明了基体氧化程度几乎可以忽略不计，这依赖于缓冲层的对基体的包覆起到防止喷涂作业中所带来的氧化问题。图8为本发明蒸发篮在10-4Pa下加热功率与温度的关系曲线，达到预期蒸发温度所需的功率基本满足工业效益的要求，比分体式蒸发篮节能。
实施例2
将50g粒度35~45μm氧化铝粉、15ml乙醇和15ml丙酮混合溶剂，加入0.5g三乙醇胺作为分散剂、0.15g羧甲基纤维素作为流变剂和造孔剂、1g硝化棉作为粘结剂，于行星球磨机球磨2h均匀混合成陶瓷料浆，PH值11。将依次浸泡15wt%氢氧化钠溶液、1wt%羧甲基纤维素溶液的钨篮（图2）放入料浆中旋涂浸渍至涂层厚度为150μm并均匀覆盖，经自然干燥后置于高温箱式炉有氧氛围中烧结，其烧结温度为25~500℃，升温速率2℃/min，并于500℃保温2h；然后将坯体置于真空中的管式炉烧结，温度25℃~1650℃缓慢升温，1400℃以下升温速率1℃/min ，1400~1650℃阶段的升温速率0.9℃/min，1650℃保温60min，冷却过程均控制在1℃/min。烧成的制品经超声震荡清洗，随即采用等离子喷涂耐腐蚀涂层，涂层厚度为0.8mm。喷涂工艺参数：粒度35~45μm氧化铝粉；电弧电压70V；喷涂电流600A；主气流量45 L/min，次气流量9 L/min ；喷涂距离80mm；送粉量3.0kg/h。
实验所用的添加剂均匀分析纯。
实施例3
将110g粒度1.5~5μm氧化铝粉、60ml乙醇和40ml丙酮混合溶剂，加入1.5g三乙醇胺作为分散剂、1g羧甲基纤维素作为流变剂和造孔剂、3g硝化棉作为粘结剂，于行星球磨机球磨2h均匀混合成陶瓷料浆，PH值10。将浸泡过高浓度硅溶胶溶液的钨篮（图2）放入料浆中旋涂浸渍至涂层厚度为500μm并均匀覆盖，经自然干燥后置于高温箱式炉有氧氛围中烧结，其烧结温度为25~500℃，升温速率2℃/min，并于500℃保温2h；然后将坯体置于真空中的管式炉烧结，温度25℃~1650℃缓慢升温，1400℃以下升温速率2℃/min ，1400~1650℃阶段的升温速率1℃/min，1650℃保温15min，冷却过程均控制在1℃/min。烧成的制品经超声震荡清洗，随即采用等离子喷涂耐腐蚀涂层，涂层厚度为1mm。喷涂工艺参数：粒度35~45μm氧化铝粉；电弧电压70V；喷涂电流650A；主气流量45 L/min，次气流量10 L/min ；喷涂距离80mm；送粉量3.0kg/h。
实验所用的添加剂均匀分析纯。
实施例4
将100g粒度25~45μm氧化铝粉、40ml乙醇和25ml丙酮混合溶剂，加入1.2g三乙醇胺作为分散剂、1.5g羧甲基纤维素作为流变剂和造孔剂、3g硝化棉作为粘结剂，于行星球磨机球磨4h均匀混合成陶瓷料浆，PH值11。将浸泡过高浓度硅溶胶溶液的钨篮（图2）放入料浆中旋涂浸渍至涂层厚度为500μm并均匀覆盖，经自然干燥后置于高温箱式炉有氧氛围中烧结，其烧结温度为25~5tu00℃，升温速率2℃/min，并于500℃保温2h；然后将坯体置于真空炉并通入氢气和氩气保持坯体在还原气氛中烧结，温度25℃~1650℃缓慢升温，1400℃以下升温速率2℃/min ，1400~1650℃阶段的升温速率1℃/min，1650℃保温30min，冷却过程均控制在1℃/min。烧成的制品经超声震荡清洗，随即采用等离子喷涂耐腐蚀涂层，涂层厚度为1mm。喷涂工艺参数：粒度35~45μm氧化铝粉；电弧电压70V；喷涂电流650A；主气流量45 L/min，次气流量10 L/min ；喷涂距离80mm；送粉量2.4kg/h
实验所用的添加剂均匀分析纯。
本发明所制备的内热式仿形一体化氧化铝涂层蒸发篮，适用于各种型号的真空镀膜机，直接装入电阻蒸发装置中即可使用。
首先，熔融态金属Al基本上能侵蚀一切材料，所以本发明只是提供一种能减缓侵蚀速度的蒸发篮，意在延长无防护涂层蒸发篮的使用寿命，并不能保证蒸发篮材料完全不受侵蚀。图9为氧化铝涂层蒸发篮蒸镀铝的25次后的电镜扫描图，在耐腐蚀Al2O3涂层与铝接触的区域A点、耐腐蚀Al2O3涂层中裂纹区域B点作点扫描，其结果列于表1-1，而表1-2是未蒸镀铝时涂层中各个元素的含量。相比之下，镀铝后的元素成分相差不大，表明没有铝溶体渗入，而涂层服役时因为残余应力不断累积使得裂纹产生、扩展最终导致部分涂层剥落。本发明提供的氧化铝涂层蒸发篮使用寿命可接近23~30次，远胜于未加涂层的蒸发篮以及在能源消耗上也比分体式的有所节能。
表1-1 涂层中个点能谱分析结果
表1-2 涂层中各个元素的含量
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，所述蒸发篮的表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层，采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.15~0.5mmAl2O3缓冲层，再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发篮上喷涂制备厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层；所述蒸发篮的制备方法包括如下步骤：
（1）氧化铝陶瓷浆料的制备：将氧化铝粉末和溶剂以质量比50~75：20~45的比例混合，并加入氧化铝粉末质量0.1~3%的分散剂、0.1~10%的流变剂和造孔剂羧甲基纤维素、2~10%的粘结剂，于行星球磨机混磨1~2h得到分散均匀、pH值10~11、流动性良好且适合于浸渍挂浆的氧化铝陶瓷浆料；
（2）蒸发篮表面预处理：将蒸发篮基体采用碱洗、浸泡羧甲基纤维素溶液和浸泡硅溶胶溶液中的一种或几种工艺处理，提高基体与陶瓷浆料的润湿性和附着力；其基体材料包括W、Mo、Ta中的一种；
（3）旋涂浸渍氧化铝薄层：将步骤（2）中预处理后的蒸发篮浸入氧化铝陶瓷浆料10~30s，旋转提拉至涂层厚度为150μm~500μm并均匀覆盖，然后置于空气中或烘干箱中干燥；
（4）烧结：分为低温排胶和高温烧结两个阶段，首先将步骤（3）浸渍后的坯体置于高温箱式炉有氧氛围中、温度25℃~500℃缓慢升温排出有机添加剂，称为“排胶”阶段；然后再将排完胶的坯体置于还原氛围中或真空中的管式炉、温度25℃~1650℃缓慢升温30~50h烧结得到初步制品；
（5）等离子喷涂Al2O3耐腐蚀层：将烧成的初步制品超声震荡清洗后，采用大气等离子喷涂技术在氧化铝薄层上制备一层厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层。
2.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，步骤（1）中氧化铝粉末粒度为1.5~45μm。
3.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，步骤（1）中所述的分散剂包括三乙醇胺、PEI、鱼油、脂肪酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，步骤（1）中所述的溶剂包括乙醇、丙酮、苯、水以及乙醇和丙酮任意体积比的混合溶剂。
5.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，步骤（1）中所述的粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛、PVA、硝化棉中的一种。
6.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，步骤（2）中的预处理液对应为10~20wt%的NaOH溶液，1~5wt%羧甲基纤维素溶液和高浓度硅溶胶溶液。
7.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，在步骤（3）中，旋涂浸渍采用提拉仪，干燥方式选择自然风干或置于烘干箱50~70℃烘干。
8.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，在步骤（4）中，低温排胶阶段升温速率2℃/min，在500℃保温2h确保添加剂都能彻底排除；高温烧结阶段1400℃以下升温速率1~2℃/min，1400~1650℃升温速率0.8~1℃/min，于1650℃保温15-60min，整个过程在还原气氛或真空中进行。
9.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮，其特征在于，在步骤（5）中，采用等离子喷涂制备耐腐蚀涂层时，喷涂工艺为：粒度35~45μm氧化铝喷涂粉；电弧电压60-70V；喷涂电流600-650A；主气流量45 L/min，次气流量7~10L/min ；喷涂距离80~100mm；送粉量2.0-3.0kg/h。
CN201710519475.5A 2017-06-30 2017-06-30 一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮 Expired - Fee Related CN107245698B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710519475.5A CN107245698B (zh) 2017-06-30 2017-06-30 一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710519475.5A CN107245698B (zh) 2017-06-30 2017-06-30 一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107245698A CN107245698A (zh) 2017-10-13
CN107245698B true CN107245698B (zh) 2019-03-12

Family

ID=60013692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710519475.5A Expired - Fee Related CN107245698B (zh) 2017-06-30 2017-06-30 一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107245698B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108048779B (zh) * 2017-12-21 2019-11-12 福州大学 具有耐铝液腐蚀复合陶瓷涂层的内加热蒸发篮的制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2894257B1 (fr) * 2005-12-02 2008-02-29 Riber Sa Cellule d'effusion haute temperature de grande capacite
CN101493284A (zh) * 2009-02-24 2009-07-29 上海大学 一种熔钛用坩埚及其制造方法
CN102465261A (zh) * 2010-11-18 2012-05-23 国家纳米科学中心 一种钨丝蒸发篮及其制备方法和应用
CN102534613A (zh) * 2011-12-19 2012-07-04 北京矿冶研究总院 一种新型复合结构涂层及其制备方法
CN103602942B (zh) * 2013-11-18 2016-03-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 耐高温涂层涂覆坩埚表面保护贵金属坩埚的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107245698A (zh) 2017-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107326330B (zh) 一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟
CN107182139B (zh) 一种金属膜多孔陶瓷发热体及其应用
CN107747083B (zh) 一种金属基陶瓷涂层及其制备方法
CN102634832B (zh) 一种铝合金元件表面涂层的制备方法及系统
CN103469207B (zh) 一种抗高温氧化耐腐蚀的玻璃陶瓷复合涂层及其制备工艺
CN107021787A (zh) 一种抗烧蚀涂层的制备方法
Mao et al. Preparation and investigation of MoSi2/SiC coating with high infrared emissivity at high temperature
CN105967759A (zh) 一种稀土氧化物改性Si-Mo-O梯度抗氧化涂层及制备方法
JPS6119583B2 (zh)
CN108441791A (zh) 一种碳纤维增强的金属陶瓷基复合材料
CN103484857B (zh) 在金属基体陶瓷涂层上制备纳米改性非晶陶瓷涂层的方法
CN114591102B (zh) 一种C/C复合材料SiB6-玻璃抗氧化涂层及其制备方法
CN105924234A (zh) 碳/碳c/c复合材料表面低孔隙率复相陶瓷涂层及制备方法
CN101830731A (zh) 一种碳材料表面陶瓷涂层的制备方法
CN107338433A (zh) 一种镁合金表面非晶合金涂层的制备方法
CN104831268A (zh) 一种钽钨合金上的复合合金涂层制备方法
CN102391015A (zh) SiC陶瓷表面处理方法及其用途
CN104120426A (zh) 一种铌基合金上的Mo-Si-B涂层及其制备方法
CN107675120B (zh) 一种在钼或钼合金表面制备硅化钼涂层的方法
CN110407598A (zh) 一种具有ZrB2界面的Cf/SiC复合材料的制备方法
CN107245698B (zh) 一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发篮
CN107311683A (zh) 一种超高温抗氧化复合材料的制备方法
CN107937874B (zh) 一种在铌合金表面制备Pt-Al高温防护涂层的方法
CN106631161B (zh) 一种在碳基材料表面制备抗高温氧化复合涂层的方法
CN110304932A (zh) 一种具有HfB2界面的Cf/SiC复合材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190312

Termination date: 20210630