CN112457057A - 一种电子陶瓷用复合承烧板及其制备方法 - Google Patents

一种电子陶瓷用复合承烧板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种电子陶瓷用复合承烧板及其制备方法。所述制备方法包括:(1)将氧化物粉末置于烘箱中烘干;(2)将基板固定在工作平台,将步骤(1)中烘干好的粉末置于送粉器中;(3)采用冷喷涂设备,以空气或氮气为工作气体,通过加热工作气体产生压力;(4)启动冷喷涂设备,调节送粉器送粉量,通过工作气体负载粉末,均匀送到喷枪喷嘴中,加速后撞击在基板上,形成氧化物涂层;(5)将步骤(4)所述的附有氧化物涂层的基板置于电炉中退火。该复合承烧板采用冷喷涂工艺且制备过程中后续处理温度低,使得复合承烧板制作成本低但涂层结合强度高,该复合承烧板的制备方法简单、操作方便,适合电子陶瓷用复合承烧板的大规模生产。

Description

一种电子陶瓷用复合承烧板及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子陶瓷用复合承烧板制备技术领域,特别是一种采用冷喷涂工艺且制备过程中后续处理温度低、使得制作成本低但涂层结合强度高的电子陶瓷用复合承烧板及其制备方法。
背景技术
复合承烧板是电子行业中电子元器件加工的高端载体,是一种以氧化铝或莫来石为基体,表面涂层覆盖一层氧化锆或氧化钇等更高性能耐火材料的窑具。由于其具有耐火度高、高温抗折强度高、化学性能稳定、抗渗透性强、使用寿命长以及不与电子元器件发生粘连等特点,从而广泛应用于高端电子元器件的烧结工序。
目前公开的复合承烧板制备方法及其不足如下:
中国专利号为03233055.3公开了一种复合氧化锆承烧板,其基体是氧化铝,涂层是氧化锆,其表面涂层为颗粒状,透气性良好,但涂层与基体结合力差,在电子元器件高温烧结时,容易出现涂层脱落现象;中国专利号CN101121607A公开了一种复合承烧板,以氧化铝为基体,先喷涂一层粒度为1~50μm氧化铝微粉为过渡层,再喷涂一层氧化锆粉,其改善增强了涂层与基体的结合强度,但需要经过1400-1700℃高温烧结,制作成本高,对设备要求也高;中国专利号CN101045625A公开了一种复合陶瓷承烧板,其以氧化铝为基板,涂层材料钇锆或钙锆,采用等离子热喷涂工艺制备涂层,其涂层结合强度高,但这种制作方法成本高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题,提供一种电子陶瓷用复合承烧板及其制备方法,该复合承烧板采用冷喷涂工艺且制备过程中后续处理温度低,使得复合承烧板制作成本低但涂层结合强度高,该复合承烧板的制备方法简单、操作方便,适合电子陶瓷用复合承烧板的大规模生产。
为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:
本发明一种电子陶瓷用复合承烧板,它由基板及喷涂于基板上的氧化物粉末涂层组成,所述基板以氧化铝板、刚玉莫来石板制成,所述氧化物粉末以氧化锆粉或氧化锆粉复合粉或氧化钇粉为原料,加工成一定粒径、高松装密度的空心或苹果状球形或类球形粉末,然后将加工好的氧化物粉末通过冷喷涂工艺,喷涂在基板上形成结合强度高的涂层,并制成电子陶瓷用复合承烧板;
所述氧化锆粉复合粉包括但不局限于氧化镁稳定氧化锆粉、氧化钇稳定氧化锆粉、氧化钙稳定氧化锆粉;
所述氧化物粉末为球形或类球形,所述氧化物粉末粒径为9~100μm。
所述电子陶瓷用复合承烧板的显气孔率为15-20%,1000℃下的热膨胀系数≤1.0%,高温抗折强度≥16Mpa。
如上所述的一种电子陶瓷用复合承烧板的制备方法,包括以下步骤:
(1)将准备好的氧化物粉末置于烘箱中在一定温度下下烘干;
(2)将基板固定在工作平台,将步骤(1)中烘干好的粉末置于送粉器中;
(3)采用冷喷涂设备,以空气或氮气为工作气体,通过加热工作气体产生压力;
(4)启动冷喷涂设备,调节送粉器送粉量,通过工作气体负载粉末,均匀送到喷枪喷嘴中,加速后撞击在基板上,氧化物粉末产生形变粘附在基板上,从而形成氧化物涂层;
(5)将步骤(4)所述的附有氧化物涂层的基板置于电炉中退火,得到电子陶瓷用复合承烧板。
所述步骤(1)中的氧化物粉末为氧化锆粉或氧化锆粉复合粉或氧化钇粉,所述氧化锆粉复合粉包括但不局限于氧化镁稳定氧化锆粉、氧化钇稳定氧化锆粉、氧化钙稳定氧化锆粉;
所述步骤(1)中氧化物粉末在烘箱中干燥,干燥温度为100-150℃,干燥时间为1-3小时;
所述步骤(2)中送粉速率10-80g/min;
所述步骤(3)中工作气体为空气或氮气,所述工作气体加热温度为250-550℃;
所述步骤(2)中或步骤(4)中的基板为氧化铝材质或刚玉莫来石材质,所述步骤(4)中喷枪喷嘴与基板的喷涂距离为10-25mm;
所述步骤(5)中喷涂氧化物粉末后的基板置于马弗炉中退火,退火温度为650-1000℃,退火时间为4-8小时。
本发明一种电子陶瓷用复合承烧板及其制备方法,其有益效果有:
1、通过冷喷涂工艺,喷涂在基板上更容易形成结合强度高的涂层,对比传统喷涂工艺的高温烧结、等离子热喷涂的高温高压等制备条件,本工艺具有后续处理温度低、涂层结合强度高的优势;
2、改善了制备得到电子陶瓷用复合承烧板的性能,其成品具有以下优点:①良好的抗化学侵蚀,隔绝电子陶瓷与基板发生化学反应,②高透气性,显气孔率为15-20%,③热膨胀系数低,在1000℃下,热膨胀系数≤1.0%,④抗折强度高,高温抗折强度≥16Mpa,⑤高温结构稳定等优点,在高温烧结条件下,复合承烧板不易变形、开裂,使用寿命长,保证了电子陶瓷的稳定性和一致性;
3、该复合承烧板的制备方法简单、操作方便,适合电子陶瓷用复合承烧板的大规模生产。
附图说明
图1,为本发明一种电子陶瓷用复合承烧板的制备方法的流程图;
图2 ,为本发明一种电子陶瓷用复合承烧板的氧化物粉末原料的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明:
实施例1:
以氧化铝板为基板,氧化钇稳定氧化锆为原料粉末制备复合承烧板;
将粉末原料置于烘箱中在130℃下烘干2.0小时,再将粉末放入冷喷涂机的送粉装置里,使粉体均匀送入喷枪中,送粉速率调至为35g/min;
将氧化铝板采用一定工装固定在工作台上,采用氮气为负载气体,调节喷枪喷嘴与氧化铝板的距离为12mm,启动喷涂设备,加热气体至300℃,通过加热气体并负载粉末,经过喷嘴高速撞击在氧化铝板上,钇锆粉经过变形,镶嵌在氧化铝板上,喷枪快速喷涂5次,获得一定涂层厚度的氧化铝板;
将喷涂后的氧化铝板置于马弗炉中800℃下退火6小时,得到电子陶瓷用复合承烧板。
本实施例中制备出的喷涂钇锆粉的氧化铝板,颜色呈白色,最高使用温度1600℃,在常用温度1350℃下,使用寿命可达30次以上,涂层无脱落,承烧板无变形,透气性好,与烧结后的电子陶瓷不发生反应。
实施例2:
以氧化铝板为基板,氧化钙稳定氧化锆为原料粉末制备复合承烧板;
将粉末原料置于烘箱中在110℃下烘干1.0小时,再将粉末放入冷喷涂机的送粉装置里,使粉体均匀送入喷枪中,送粉速率调至为25g/min;
将氧化铝板采用一定工装固定在工作台上,采用氮气为负载气体,调节喷枪喷嘴与氧化铝板的距离为20mm,启动喷涂设备,加热气体至380℃,通过加热气体并负载粉末,经过喷嘴高速撞击在氧化铝板上,钙锆粉经过变形,镶嵌在氧化铝板上。喷枪快速喷涂4次,获得一定涂层厚度的氧化铝板;
将喷涂后的氧化铝板置于马弗炉中650℃下退火5小时,得到电子陶瓷用复合承烧板。
本实施例中制备出的喷涂钙锆粉的氧化铝板,颜色呈黄色,最高使用温度1600℃,在常用温度1350℃下,使用寿命可达30次以上,涂层无脱落,承烧板无变形,透气性好,与烧结后的电子陶瓷不发生反应。
实施例3:
以氧化铝板为基板,氧化钇为原料粉末制备复合承烧板;
将粉末原料置于烘箱中在140℃下烘干1.0小时,再将粉末放入冷喷涂机的送粉装置里,使粉体均匀送入喷枪中,送粉速率调至为65g/min;
将氧化铝板采用一定工装固定在工作台上,采用空气为负载气体,调节喷枪喷嘴与氧化铝板的距离为15mm,启动喷涂设备,加热气体至420℃,通过加热气体并负载粉末,经过喷嘴高速撞击在氧化铝板上,氧化钇粉经过变形,镶嵌在氧化铝板上。喷枪快速喷涂3次,获得一定涂层厚度的氧化铝板;
将喷涂后的氧化铝板置于马弗炉中1000℃下退火5小时,得到电子陶瓷用复合承烧板;
本实施例中制备出的喷涂氧化钇粉的氧化铝板,颜色呈白色,最高使用温度1600℃,在常用温度1350℃下,使用寿命可达32次以上,涂层无脱落,承烧板无变形,透气性好,与烧结后的电子陶瓷不发生反应。
实施例4:
以刚玉莫来石板为基板,氧化钇为原料粉末制备复合承烧板;
将粉末原料置于烘箱中在140℃下烘干1.0小时,再将粉末放入冷喷涂机的送粉装置里,使粉体均匀送入喷枪中,送粉速率调至为60g/min;
将刚玉莫来石板采用一定工装固定在工作台上,采用空气为负载气体,调节喷枪喷嘴与刚玉莫来石板的距离为15mm,启动喷涂设备,加热气体至420℃,通过加热气体并负载粉末,经过喷嘴高速撞击在刚玉莫来石板上,氧化钇粉经过变形,镶嵌在刚玉莫来石板上。喷枪快速喷涂3次,获得一定涂层厚度的刚玉莫来石板;
将喷涂后的刚玉莫来石板置于马弗炉中1000℃下退火5小时,得到电子陶瓷用复合承烧板。
本实施例中制备出的喷涂氧化钇粉的刚玉莫来石板,颜色呈白色,最高使用温度1650℃,在常用温度1350℃下,使用寿命可达42次以上,涂层无脱落,承烧板无变形,透气性好,与烧结后的电子陶瓷不发生反应。
实施例5:
以刚玉莫来石板为基板,氧化钇稳定氧化锆为原料粉末制备复合承烧板;
将粉末原料置于烘箱中在130℃下烘干1.0小时,再将粉末放入冷喷涂机的送粉装置里,使粉体均匀送入喷枪中,送粉速率调至为40g/min;
将刚玉莫来石板采用一定工装固定在工作台上,采用氮气为负载气体,调节喷枪喷嘴与刚玉莫来石板的距离为20mm,启动喷涂设备,加热气体至350℃,通过加热气体并负载粉末,经过喷嘴高速撞击在刚玉莫来石板上,钇锆粉经过变形,镶嵌在刚玉莫来石板上。喷枪快速喷涂5次,获得一定涂层厚度的刚玉莫来石板;
将喷涂后的刚玉莫来石板置于马弗炉中700℃下退火4小时,得到电子陶瓷用复合承烧板。
本实施例中制备出的喷涂钇锆粉的刚玉莫来石板,颜色呈白色,最高使用温度1650℃,在常用温度1350℃下,使用寿命可达40次以上,涂层无脱落,承烧板无变形,透气性好,与烧结后的电子陶瓷不发生反应。
以上已将本发明做一详细说明,以上所述,仅为本发明之较佳实施例而已,当不能限定本发明实施范围,即凡依本申请范围所作均等变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种电子陶瓷用复合承烧板,其特征在于:
它由基板及喷涂于基板上的氧化物粉末涂层组成,所述基板以氧化铝板、刚玉莫来石板制成;
所述氧化物粉末以氧化锆粉或氧化锆粉复合粉或氧化钇粉为原料,加工成一定粒径、高松装密度的空心或苹果状球形或类球形粉末,然后将加工好的氧化物粉末通过冷喷涂工艺,喷涂在基板上形成结合强度高的氧化物粉末涂层;
所述电子陶瓷用复合承烧板通过在基板上喷涂氧化物粉末涂层制成。
2.根据权利要求1所述的一种电子陶瓷用复合承烧板,其特征在于,所述氧化锆粉复合粉包括但不局限于氧化镁稳定氧化锆粉、氧化钇稳定氧化锆粉、氧化钙稳定氧化锆粉。
3.根据权利要求1所述的一种电子陶瓷用复合承烧板,其特征在于,所述氧化物粉末为球形或类球形,所述氧化物粉末粒径为9~100μm。
4.根据权利要求1所述的一种电子陶瓷用复合承烧板及其制备方法,其特征在于,所述电子陶瓷用复合承烧板的显气孔率为15-20%,1000℃下的热膨胀系数≤1.0%,高温抗折强度≥16Mpa。
5.如权利要求1至4所述的一种电子陶瓷用复合承烧板的制备方法,包括以下步骤:
(1)将准备好的氧化物粉末置于烘箱中在一定温度下下烘干;
(2)将基板固定在工作平台,将步骤(1)中烘干好的粉末置于送粉器中;
(3)采用冷喷涂设备,以空气或氮气为工作气体,通过加热工作气体产生压力;
(4)启动冷喷涂设备,调节送粉器送粉量,通过工作气体负载粉末,均匀送到喷枪喷嘴中,加速后撞击在基板上,氧化物粉末产生形变粘附在基板上,从而形成氧化物涂层;
(5)将步骤(4)所述的附有氧化物涂层的基板置于电炉中退火,得到电子陶瓷用复合承烧板。
6.根据权利要求5所述的一种电子陶瓷用复合承烧板的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的氧化物粉末为氧化锆粉或氧化锆粉复合粉或氧化钇粉,所述氧化锆粉复合粉包括但不局限于氧化镁稳定氧化锆粉、氧化钇稳定氧化锆粉、氧化钙稳定氧化锆粉。
7.根据权利要求5所述的一种电子陶瓷用复合承烧板的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中氧化物粉末在烘箱中干燥,干燥温度为100-150℃,干燥时间为1-3小时。
8.根据权利要求5所述的一种电子陶瓷用复合承烧板的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中送粉速率10-80g/min。
9.根据权利要求5所述的一种电子陶瓷用复合承烧板的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中或步骤(4)中的基板为氧化铝材质或刚玉莫来石材质,所述步骤(4)中喷枪喷嘴与基板的喷涂距离为10-25mm。
10.根据权利要求5所述的一种电子陶瓷用复合承烧板的制备方法,其特征在于,其特征在于,所述步骤(5)中喷涂氧化物粉末后的基板置于马弗炉中退火,退火温度为650-1000℃,退火时间为4-8小时。
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