CN110004393A - 一种超音速火焰喷涂技术制备y2o3陶瓷涂层的方法 - Google Patents

一种超音速火焰喷涂技术制备y2o3陶瓷涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热喷涂技术领域，具体涉及一种超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法。该方法包括如下步骤：(1)选择纯度大于99.9％的Y2O3粉末进行干燥处理，(2)对喷涂基材的表面进行预处理，(3)通过超音速火焰喷涂技术在基体表面进行喷涂，制备Y2O3陶瓷涂层。本发明制备的Y2O3涂层结构致密，孔隙率低，在0.5％～2％之间，涂层的结合强度(涂层与基体之间的结合强度)达到60～80MPa。

Description

一种超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体涉及一种超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法。
背景技术
随着22nm技术逐步用于芯片量产，集成电路线宽研发已经进入14nm以至7nm的设备和工艺攻关。此时IC装备关键零部件面临着许多新的挑战，以刻蚀机反应腔为例，一方面对刻蚀腔室内的洁净度要求越来越高，另一方面，刻蚀用强腐蚀性气体和越来越高的等离子体轰击能量，产生出高强的腐蚀环境，处于其中的金属零件会遭受严重的腐蚀，释放出金属离子或粒子污染腔体，导致芯片电路短路。
传统的IC装备零部件多采用阳极氧化铝涂层进行防护。由于零部件处于强的腐蚀性环境和离子轰击交互作用状态，一旦因腐蚀而产生金属离子溶出造成系统污染，损失将无法估量。研究表明，氧化钇涂层比氧化铝具有更好的抗等离子体冲蚀性能，且具有更长的使用寿命，因此成为IC装备零部件防护用的新型涂层。除了刻蚀机以外，氧化钇陶瓷涂层在其它IC装备零部件中也有巨大的应用价值。
氧化钇属于陶瓷材料，氧化钇陶瓷涂层可以使用热喷涂技术进行制备。超音速火焰喷涂技术是利用丙烷、丙烯等碳氢系燃气或航空煤油、酒精等液体燃料与高压氧气在燃烧室或特殊喷嘴中燃烧产生高温高压焰流，其温度可达3200℃，速度可达1500m/s以上，将粉末沿轴向或径向送入火焰中，产生熔化或半熔化粒子，其高速撞击在基体表面上形成涂层。由于喷涂颗粒以超音速飞行撞击到基体表面，所喷涂涂层的结合强度、密度和硬度都非常高。目前，国内还没有超音速火焰喷涂制备Y2O3陶瓷涂层的研究报道，该工作对于高纯度、高致密性Y2O3陶瓷涂层的研制具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，可在IC装备关键零部件内表面制备Y2O3防护涂层。
为了达到上述方案，本发明所用的技术方案为：
一种超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，包括如下步骤：
(1)选择纯度大于99.9wt％的Y2O3粉末并进行干燥；
(2)对喷涂基材表面进行预处理；
(3)通过超音速喷涂技术在基体表面进行喷涂，制备Y2O3陶瓷涂层。
所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，Y2O3陶瓷涂层的厚度为20～500μm。
所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，步骤(1)中，Y2O3粉末的粒度为5～60μm。
所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，步骤(2)中，先用丙酮和酒精进行清洗去除表面油污，干燥后进行喷砂处理。
所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，所用的喷砂介质为白刚玉，粒度范围为50～100μm。
所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，步骤(3)中，使用的超音速火焰喷涂设备，其所用燃气为丙烷，助燃气为氧气，送粉气为氮气，其气体流量分别为：丙烷20～80mL/min，氧气100～400mL/min和氮气20～80mL/min。
所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，所用的超音速火焰喷涂设备，其喷涂距离为40～120mm，喷管长度为60～200mm。
本发明的设计思想是：
采用超音速火焰喷涂技术将Y2O3陶瓷粉体喷涂到IC装备关键零部件内表面，沉积形成具有一定厚度、致密性高的高纯Y2O3陶瓷涂层，涂层与基体形成冶金结合，具有较高的结合强度，以延长涂层耐等离子体腐蚀的性能。
与现有的技术方案相比，本发明的优点及有益效果如下：
使用本发明制备的Y2O3陶瓷涂层结构致密，涂层孔隙率很低，达到0.5％～2％；涂层与基体的结合力达到60～120MPa，比普通的等离子喷涂及冷喷涂制备的陶瓷涂层结合力高。因此，采用超音速火焰喷涂技术制备的Y2O3陶瓷涂层具有更优异的力学性能。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，在具体实施过程中，本发明的工艺流程如下：(1)选择纯度大于99.9wt％的Y2O3粉末进行干燥处理；(2)对喷涂基材的表面进行预处理；(3)采用超音速火焰喷涂技术在基体表面进行喷涂，制备Y2O3陶瓷涂层，Y2O3陶瓷涂层的厚度范围为20～500μm。
下面，通过实施例对本发明的技术方案进行详细的描述。
实施例1
本实施例中，超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，具体包括下列步骤：
(1)选择Y2O3陶瓷粉末，其纯度为99.9wt％以上，粒度范围在5～60μm之间，对粉末进行干燥处理；
(2)对IC装备关键零部件内表面进行除油污和喷砂处理，使用丙酮和酒精去除油污，喷砂材料为白刚玉，粒度范围为50～80μm；
(3)采用超音速火焰喷涂进行技术方案的实施，所用燃气为丙烷，气体流量为40mL/min；助燃气为氧气，气体流量为200mL/min；送粉气为氮气，气体流量为50mL/min；喷涂距离为90mm，喷管长度为60mm。
(4)Y2O3陶瓷涂层的厚度为160μm，涂层的孔隙率为1％，涂层与基体的结合力为60MPa。
实施例2
本实施例中，超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，具体包括下列步骤：
(1)选择纯度为99.9wt％以上的Y2O3粉末，其粒度范围在20～40μm，粉末具有单一立方结构，进行干燥处理；
(2)对IC装备关键铝合金零部件内表面进行除油污和喷砂处理，具体的，使用丙酮和酒精去除油污，使用白刚玉进行喷砂处理，其粒度范围为80～100μm；
(3)采用超音速火焰喷涂技术进行技术方案的实施，所用燃气为丙烷，气体流量为60mL/min；助燃气为氧气，气体流量为180mL/min；送粉气为氮气，气体流量为70mL/min；喷涂距离为100mm，喷管长度为60mm。
(4)Y2O3陶瓷涂层的厚度为220μm，涂层的孔隙率为1.2％，涂层与基体的结合力为65MPa。
实施例3
本实施例中，超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，具体包括下列步骤：
(1)选择纯度为99.9wt％以上的Y2O3粉末，其粒度范围在40～60μm，粉末具有单一立方结构，进行干燥处理；
(2)对喷涂基材表面进行除油污和喷砂处理，具体的，使用丙酮和酒精去除油污，使用白刚玉进行喷砂处理，其粒度范围为60～90μm；
(3)采用超音速火焰喷涂技术进行技术方案的实施，所用燃气为丙烷，气体流量为35mL/min；助燃气为氧气，气体流量为150mL/min；送粉气为氮气，气体流量为40mL/min；喷涂距离为80mm，喷管长度为60mm。
(4)Y2O3陶瓷涂层的厚度为180μm，涂层的孔隙率为0.5％，涂层与基体的结合力为70MPa。
实施例结果表明，本发明制备的Y2O3涂层结构致密，孔隙率低，在0.5％～2％之间，涂层的结合强度(涂层与基体之间的结合强度)达到60～80MPa。

Claims (7)

1.一种超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选择纯度大于99.9wt％的Y2O3粉末并进行干燥；
(2)对喷涂基材表面进行预处理；
(3)通过超音速喷涂技术在基体表面进行喷涂，制备Y2O3陶瓷涂层。
2.如权利要求1所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，其特征在于，Y2O3陶瓷涂层的厚度为20～500μm。
3.如权利要求1所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，其特征在于，步骤(1)中，Y2O3粉末的粒度为5～60μm。
4.如权利要求1所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，其特征在于，步骤(2)中，先用丙酮和酒精进行清洗去除表面油污，干燥后进行喷砂处理。
5.如权利要求4所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，其特征在于，所用的喷砂介质为白刚玉，粒度范围为50～100μm。
6.如权利要求1所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，其特征在于，步骤(3)中，使用的超音速火焰喷涂设备，其所用燃气为丙烷，助燃气为氧气，送粉气为氮气，其气体流量分别为：丙烷20～80mL/min，氧气100～400mL/min和氮气20～80mL/min。
7.如权利要求6所述的超音速火焰喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法，其特征在于，所用的超音速火焰喷涂设备，其喷涂距离为40～120mm，喷管长度为60～200mm。
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