CN115772043A - 一种陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层制备方法，该方法使用大气等离子喷涂设备进行制备。制备方法为：(1)将所需喷涂的陶瓷零件使用异丙醇进行擦拭，擦拭洁净确保表面没有脏污；(2)将陶瓷零件所需喷涂区域以外部分进行遮蔽处理，遮蔽后对待喷涂区域进行喷砂处理；(3)将陶瓷零件进行喷涂前遮蔽；(4)对零件进行大气等离子喷涂氧化钇涂层制备；(5)陶瓷涂层膜厚测量办法，依靠合适的工装，将陶瓷零件与铝合金试片一同上挂，并对铝合金试片进行相同的喷砂处理与喷涂处理，通过测量铝合金试片的膜厚来推断陶瓷基体涂层的膜厚。该制备方法获得的涂层具有高致密性，高硬度，高抗拉伸性，耐腐蚀性以及耐电压性。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层制备方法，特别是具有高硬度及高拉伸力涂层以及极高电压要求的涂层领域制备方法。
背景技术
随着集成电路领域的不断发展，对关键刻蚀腔体内的零部件的要求越来越高。相比于阳极氧化层，镀镍层等非关键零件的制程，氧化钇涂层具有更高的硬度、更好的抗拉伸性，更强的耐腐蚀性和耐电压性，并且通过原料粉末的高纯度要求，可使氧化钇涂层达到极高的表面洁净度。这使得氧化钇涂层更加适用于核心刻蚀腔体内的环境。
对于部分刻蚀腔体内的等离子反应，产生电压极高，可一度达到上万伏特。这使得氧化钇涂层零件要具有极高的抗电压性，然而我们常规铝合金基体上的氧化钇涂层，抗电压性仅可达到7000-8000V，因为氧化钇涂层膜厚仅有200-300微米，膜厚再高反而会有剥离风险。因此，导电性的基体限制了零件的性能。
基于以上问题，使用陶瓷基体并进行氧化钇涂层制备，可有效地进行解决。陶瓷基体自身不导电，极大提高了抗电压性，氧化钇涂层更是加强了零件的硬度、抗拉伸性等力学性能，使得陶瓷基体氧化钇涂层零件兼具力学与绝缘性能。
发明内容
本发明目的是提供一种陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层制备方法，得到硬度、抗拉伸性、耐腐蚀性高于铝基材喷涂的氧化钇涂层。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层制备方法，包括以下步骤：
(1)将所需喷涂的陶瓷零件使用异丙醇进行擦拭，擦拭洁净确保表面没有脏污；
(2)将陶瓷零件所需喷涂区域以外部分进行遮蔽处理，遮蔽后对待喷涂区域进行喷砂处理；
(3)将陶瓷零件进行喷涂前遮蔽；
(4)对零件进行大气等离子喷涂氧化钇涂层制备；
(5)陶瓷涂层膜厚测量办法，依靠合适的工装，将陶瓷零件与铝合金试片一同上挂，并对铝合金试片进行相同的喷砂处理与喷涂处理，通过测量铝合金试片的膜厚来推断陶瓷基体涂层的膜厚。
优选的技术方案是，步骤(2)喷砂处理，选用白刚玉砂材进行喷砂，设备为自动喷砂或手动喷砂，喷砂压力35-60psi，喷砂后粗糙度在3.75-6.25μm之间。
优选的技术方案是，步骤(4)氧化钇涂层制备工艺，基体表面温度控制在80-150℃，若温度低于此需要预热，温度高于此需要使用CDA冷却。
优选的技术方案是，步骤(4)氧化钇涂层制备工艺参数如下：氩气流量是60-140nplm，氢气流量是3-8nplm，喷涂距离120-190mm，电流是420-480A，载气流量是2.5-5slpm，送粉速率是20-65g/min，喷枪移动速度800-1600mm/sec。
优选的技术方案是，步骤(4)氧化钇涂层粉末要求如下：纯度在99.0％以上，粉末粒径在35-53um之间。
优选的技术方案是，步骤(4)的氧化钇涂层性能如下：涂层厚度在150-250μm，涂层粗糙度在3.8-7μm之间，耐盐酸腐蚀时间＞2.5小时，耐击穿电压4300V，涂层结合力＞17MPa，显微硬度＞3.4GPa，涂层孔隙率＜5％。
优选的技术方案是，步骤(5)上挂工装能将陶瓷零件与铝合金试片同时上挂在零件上，并使铝合金试片与陶瓷零件处于同一直径尺寸下。
本发明的有益效果是：
1.本发明选用的陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层，相比铝基材喷涂氧化钇涂层，具有更高的耐电压性，且硬度、抗拉伸性、耐腐蚀性高于铝基材喷涂的氧化钇涂层。
2.本发明选用的陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层工艺，通过合理控制基体温度及喷涂工艺参数，可以有效解决粉末与基体间由于热膨胀系数不同而产生的涂层剥离问题。
附图说明
图1是本发明放大200倍的氧化钇涂层表面形貌的SEM照片。
图2是本发明放大1000倍的氧化钇涂层表面形貌的SEM照片。
图3是本发明放大3000倍的氧化钇涂层表面形貌的SEM照片。
图4是本发明放大200倍的氧化钇涂层截面形貌的SEM照片。
图5是本发明放大1000倍的氧化钇涂层截面形貌的SEM照片。
图6是本发明放大3000倍的氧化钇涂层截面形貌的SEM照片。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-6及实施例对本发明进一步说明。
一种陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层制备方法，包括以下步骤：(1)将所需喷涂的陶瓷零件使用异丙醇(IPA)进行擦拭，擦拭洁净确保表面没有脏污；(2)将陶瓷零件所需喷涂区域以外部分进行遮蔽处理，遮蔽后对待喷涂区域进行喷砂处理；(3)将陶瓷零件进行喷涂前遮蔽；(4)对零件进行大气等离子喷涂氧化钇涂层制备；(5)陶瓷涂层膜厚测量办法，依靠合适的工装，将陶瓷零件与铝合金试片一同上挂，并对铝合金试片进行相同的喷砂处理与喷涂处理，通过测量铝合金试片的膜厚来推断陶瓷基体涂层的膜厚。
实施例
首先，使用异丙醇(IPA)对整体零件进行擦拭，擦拭确保表面无脏污。使用遮蔽胶带，遮蔽住零件其他位置，选用36#白刚玉砂材对表面进行喷砂，喷砂压力47psi，获得粗糙度4.6μm，随后使用遮蔽胶带，遮蔽住除待喷涂区域外其他位置，对零件整体表面进行氧化钇涂层制备，氩气流量65nlpm,氢气流量4nlpm,喷涂距离150mm，电流440A，载气流量4.5slpm，送粉速率是55g/min，喷枪移动速度900mm/sec。所得到涂层厚度225μm，涂层孔隙率2.6％左右，拉伸力18.6MPa，平均显微硬度4.1GPa，耐腐蚀性4.5小时。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可有各种更改和变化。本发明可用于半导体行业的各种需要具有耐腐蚀功能涂层的零部件，但也不仅仅限制于半导体领域。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所需喷涂的陶瓷零件使用异丙醇进行擦拭，擦拭洁净确保表面没有脏污；
(2)将陶瓷零件所需喷涂区域以外部分进行遮蔽处理，遮蔽后对待喷涂区域进行喷砂处理；
(3)将陶瓷零件进行喷涂前遮蔽；
(4)对零件进行大气等离子喷涂氧化钇涂层制备；
(5)陶瓷涂层膜厚测量办法，依靠合适的工装，将陶瓷零件与铝合金试片一同上挂，并对铝合金试片进行相同的喷砂处理与喷涂处理，通过测量铝合金试片的膜厚来推断陶瓷基体涂层的膜厚。
2.按照权利要求1所述的陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层，其特征在于：步骤(2)喷砂处理，选用白刚玉砂材进行喷砂，设备为自动喷砂或手动喷砂，喷砂压力35-60psi，喷砂后粗糙度在3.75-6.25μm之间。
3.按照权利要求1所述的陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层，其特征在于：步骤(4)氧化钇涂层制备工艺，基体表面温度控制在80-150℃，若温度低于此需要预热，温度高于此需要使用CDA冷却。
4.按照权利要求1所述的陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层，其特征在于：步骤(4)氧化钇涂层制备工艺参数如下：氩气流量是60-140nplm，氢气流量是3-8nplm，喷涂距离120-190mm，电流是420-480A，载气流量是2.5-5slpm，送粉速率是20-65g/min，喷枪移动速度800-1600mm/sec。
5.按照权利要求1所述的陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层，其特征在于：步骤(4)氧化钇涂层粉末要求如下：纯度在99.0％以上，粉末粒径在35-53um之间。
6.按照权利要求1所述的陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层，其特征在于：步骤(4)的氧化钇涂层性能如下：涂层厚度在150-250μm，涂层粗糙度在3.8-7μm之间，耐盐酸腐蚀时间＞2.5小时，耐击穿电压4300V，涂层结合力＞17MPa，显微硬度＞3.4GPa，涂层孔隙率＜5％。
7.按照权利要求1所述的陶瓷基体上的等离子体喷涂氧化钇涂层，其特征在于：步骤(5)上挂工装能将陶瓷零件与铝合金试片同时上挂在零件上，并使铝合金试片与陶瓷零件处于同一直径尺寸下。
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