CN110732673A - 一种制备金属和陶瓷复合工件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，包括如下步骤：S1、将金属或陶瓷加工成特定的形状作为嵌件；S2、对嵌件进行预处理；S3、将陶瓷的粉末或金属的粉末与粘结剂混成形成陶瓷喂料或金属喂料；S4、以金属为嵌件，将陶瓷喂料注射到模具型腔内，得到复合材料生坯；或以陶瓷为嵌件，将金属喂料注射到模具型腔内，得到复合材料生坯；S5、将复合材料生坯在溶剂中进行溶剂脱脂，得到脱脂坯；S6、将脱脂坯在还原气氛下烧结，温度为1250‑1400℃，时间为2‑5h，最后获得金属和陶瓷复合工件。本发明无需通过外界施加压力，通过金属注射成形制备出复合材料坯体，利用金属和陶瓷间的润湿性，达到两者的结合，对烧结设备要求不高，可批量生产。

Description

一种制备金属和陶瓷复合工件的方法
技术领域
本发明涉及一种制备金属和陶瓷复合工件的方法。
背景技术
随着电子行业的发展，金属-陶瓷复合材料在电真空技术、半导体与集成电路等行业应用不断扩大，目前应用较广泛的技术有两种，一种是通过在金属和陶瓷间涂覆一层焊料，然后施加压力烧结达到陶瓷与金属的结合，使之具有一定的机械强度、气密性与耐热性的工艺过程。但由于烧结过程中需要施加压力，该种技术对设备的要求较高，且生产效率较低，生产成本较高，因此无法大规模的应用。第二种是机械连接，该工艺需要在金属和陶瓷基体上设计一些铆接结构，成形难度大，且铆接的位置容易出现应力，难以满足长时间的使用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，该方法无需通过外界施加压力，仅通过金属注射成形即可制备出复合材料工件。
实现本发明目的的技术方案是：本发明包括如下步骤：
S1、将金属或陶瓷加工成特定的形状作为嵌件；该特定的形状根据产品形状进行确定；
S2、对嵌件进行预处理；
S3、将陶瓷的粉末或金属的粉末与粘结剂混成形成陶瓷喂料或金属喂料；
S4、以金属为嵌件，将陶瓷喂料注射到模具型腔内，得到复合材料生坯；或以陶瓷为嵌件，将金属喂料注射到模具型腔内，得到复合材料生坯；
S5、将复合材料生坯在溶剂中进行溶剂脱脂，得到脱脂坯；溶剂脱脂的技术指标为：温度为40-70℃，催化时间为10-15小时；
S6、将脱脂坯在还原气氛下烧结，温度为1250-1400℃，时间为2-5h，最后获得金属和陶瓷复合工件。
金属或陶瓷嵌件的成形工艺包括机加工和/或精密铸造和/或冲压和/或压制和/或注射成形。
对嵌件的预处理包括清洗和预热；清洗为超声波清洗或等离子清洗。
金属与陶瓷的润湿角＜90°。
上述粘结剂为石蜡或PEG体系。
上述溶剂为正庚烷或三氯乙烯或水。
上述还原气氛为真空或氢气。
上述金属粉末与粘结剂按照(8.5～9.1)：(0.9～1.5)的比例混合制备形成金属喂料；所述陶瓷粉末与粘结剂按照(8.0～8.7)：(1.3～2.0)比例混合制备形成陶瓷喂料。
本发明具有积极的效果：(1)本发明通过控制金属和陶瓷之间的润湿性，促进两者的结合，并且烧结设备要求不高，可批量生产。
(2)本发明同时制备的金属和陶瓷复合工件的连接界面基本可达到无缝连接，结合强度可达到100MPa以上。
(3)本发明中金属粉末和陶瓷粉末的润湿性取决于润湿角，当润湿角＜90°时金属和陶瓷会有较好的附着力，从而提高金属与陶瓷的结合强度；
(4)本发明中对于嵌件的预处理采用清洗的目的是去除嵌件表面的油污；而预热是为了避免在注射成形过程中，喂料接触到嵌件时急剧降温，结合性差。
具体实施方式
(实施例1)
本发明包括如下步骤：
S1、将氧化铝陶瓷加工成嵌件；
S2、将嵌件进行超声波清洗，然后预热到120℃；
S3、将TC4粉末与粘结剂按照9:1的比例混合制备形成TC4喂料；该粘结剂为PEG基粘结剂；
S4、将嵌件放入模具型腔内进行定位；将TC4喂料注射到模具型腔内，通过注射成形获得生坯；
S5、将生坯在在纯净水中浸泡12小时，温度为50℃，从而得到脱脂坯；
S6、将脱脂坯在高真空条件下烧结，烧结温度为1300℃，时间为3h，最后获得金属和陶瓷复合工件。
通过本实施例的方法制备的金属和陶瓷复合工件的结合强度为130MPa。
(实施例2)
本发明包括如下步骤：
S1、将可伐合金加工成嵌件；
S2、将嵌件进行等离子清洗，然后预热到130℃；
S3、将玻璃相改性的氧化锆陶瓷粉末与石蜡基粘结剂按照8.5:1的比例混合制备形成陶瓷喂料；
S4、将嵌件放入模具型腔内进行定位；将陶瓷喂料注射到模具型腔内，通过注射成形获得生坯；
S5、将生坯在正庚烷中浸泡13小时，温度为60℃，从而得到脱脂坯；
S6、将脱脂坯在氢气氛下烧结，烧结温度为1350℃，时间为5h，最后获得金属和陶瓷复合工件。
通过本实施例的方法制备的金属和陶瓷复合工件的结合强度为150MPa。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制备金属和陶瓷复合工件的方法；其特征在于包括如下步骤：
S1、将金属或陶瓷加工成特定的形状作为嵌件；
S2、对嵌件进行预处理；
S3、将陶瓷的粉末或金属的粉末与粘结剂混成形成陶瓷喂料或金属喂料；
S4、以金属为嵌件，将陶瓷喂料注射到模具型腔内，得到复合材料生坯；或以陶瓷为嵌件，将金属喂料注射到模具型腔内，得到复合材料生坯；
S5、将复合材料生坯在溶剂中进行溶剂脱脂，得到脱脂坯；溶剂脱脂的技术指标为：温度为40-70℃，催化时间为10-15小时；
S6、将脱脂坯在还原气氛下烧结，温度为1250-1400℃，时间为2-5h，最后获得金属和陶瓷复合工件。
2.根据权利要求1所述的一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，其特征在于：金属或陶瓷嵌件的成形工艺包括机加工和/或精密铸造和/或冲压和/或压制和/或注射成形。
3.根据权利要求1所述的一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，其特征在于：对嵌件的预处理包括清洗和预热；清洗为超声波清洗或等离子清洗。
4.根据权利要求1所述的一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，其特征在于：金属与陶瓷的润湿角＜90°。
5.根据权利要求1所述的一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，其特征在于：所述粘结剂为石蜡或PEG体系。
6.根据权利要求1所述的一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，其特征在于：所述溶剂为正庚烷或三氯乙烯或水。
7.根据权利要求1所述的一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，其特征在于：所述还原气氛为真空或氢气。
8.根据权利要求1所述的一种制备金属和陶瓷复合工件的方法，其特征在于：所述金属粉末与粘结剂按照(8.5～9.1)：(0.9～1.5)的比例混合制备形成金属喂料；所述陶瓷粉末与粘结剂按照(8.0～8.7)：(1.3～2.0)比例混合制备形成陶瓷喂料。
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