一種在碳化硅表面真空熔覆金屬涂層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳化硅陶瓷真空熔覆金屬涂層的方法。主要步驟包括：金屬混合粉末配置、膏劑制備、陶瓷表面涂覆和真空熔覆。其中金屬混合粉末質(zhì)量百分比組成為10~40%的Mo，15~40%的Ni（或Co），30~70%的Si；真空熔覆溫度和時(shí)間分別為1250~1400℃，和10~30min。本發(fā)明可做為碳化硅與金屬釬焊的過渡層的制備工藝，制備的涂層能顯著改善金屬與碳化硅間的潤(rùn)濕性能，降低或阻止碳化硅陶瓷與釬料在釬焊過程中的過度反應(yīng)，從而提高陶瓷/金屬釬焊的界面結(jié)合強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】-種在碳化枯表面真空膝覆金屬涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碳化娃表面金屬涂層的制備方法，特別是采用真空烙覆技術(shù)在碳 化娃表面制備金屬涂層的方法，目的在于改善金屬對(duì)碳化娃陶瓷的潤(rùn)濕性。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化娃具有優(yōu)良的機(jī)械性能、高熱傳導(dǎo)性和良好的熱震穩(wěn)定性等，該些特性使它 們?cè)诤娇蘸教?，汽車工業(yè)W及能源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；但碳化娃陶瓷初性差、加工困難 的缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用，而金屬具有優(yōu)良的塑性、初性W及良好的加工性，但大部分金屬 及其合金的高溫性能差，如果將二者結(jié)合起來(lái)充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì)，必將形成十分優(yōu)秀 的結(jié)構(gòu)功能一體化材料；碳化娃和金屬的連接技術(shù)是碳化娃獲得更大應(yīng)用必須解決的關(guān)鍵 技術(shù)；針焊是通過烙化的針料潤(rùn)濕被連接材料而形成接頭，在連接過程中被連接母材可W 保持不烙化，因此針焊在針對(duì)連接性能差異較大和對(duì)烙化敏感的材料時(shí)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 該樣使得在精密陶瓷與陶瓷、陶瓷與金屬連接技術(shù)中，針焊法是最重要的連接方法，對(duì)于 陶瓷針焊，針料對(duì)陶瓷的小角度潤(rùn)濕是實(shí)現(xiàn)連接的前提。
[0003] SiC陶瓷是一種共價(jià)鍵性很強(qiáng)的化合物，表現(xiàn)出非常穩(wěn)定的電子配位，其晶體結(jié)構(gòu) 的基本結(jié)構(gòu)單元是SiC4和CSi4配位四面體，通過定向的強(qiáng)四面體SP鍵結(jié)合在一起，并 有一定程度的極化；Si的電負(fù)性為1.8, C的電負(fù)性為2. 6, Si-C鍵的離子鍵性僅約占 12%。SiC陶瓷和金屬材料在物理和化學(xué)性能方面存在巨大的差異，導(dǎo)致SiC陶瓷很難被 不添加界面活性金屬元素巧日TiXr)的液態(tài)金屬或合金所潤(rùn)濕，該是影響SiC陶瓷針焊連 接的本質(zhì)問題，而通過對(duì)碳化娃表面制備金屬涂層，使液態(tài)金屬與SiC的潤(rùn)濕變?yōu)橐簯B(tài)金 屬與金屬涂層間的潤(rùn)濕，從而顯著改善金屬或合金烙體與SiC陶瓷的潤(rùn)濕性能，對(duì)SiC與 金屬的針焊十分有利。
[0004] 關(guān)于碳化娃陶瓷材料表面形成金屬涂層方法，目前應(yīng)用和研究的主要就是通過電 鍛、化學(xué)鍛或浸入法等在SiC陶瓷表面形成金屬層，如中國(guó)專利化200710035759. 3 "-種 高性能陶瓷表面金屬化處理工藝"是通過電鍛和燒媒在材料表面形成金屬化層；中國(guó)專利 ZL200510029905. 2 "SiC陶瓷顆粒表面化學(xué)鍛銅方法"和ZL200510029906. 7 "SiC陶瓷顆 粒表面鍛鶴方法"則是利用化學(xué)鍛的方法對(duì)陶瓷顆粒表面進(jìn)行化學(xué)鍛銅和鍛鶴處理；中國(guó) 專利化200410012575. 1 "表面合金化陶瓷及制備方法"是利用復(fù)合祀對(duì)陶瓷材料表面進(jìn)行 合金化處理；中國(guó)專利200910092748. 8 "陶瓷與金屬的連接方法"在進(jìn)行陶瓷-金屬連接 過程中通過將陶瓷浸入鉛或鉛合金烙液中讓陶瓷表面粘附一層鉛或鉛合金薄膜來(lái)對(duì)陶瓷 材料進(jìn)行表面處理。然而，該些SiC陶瓷或顆粒表面形成的金屬膜層，要么結(jié)合不夠緊密， 要么后續(xù)熱處理過程會(huì)與碳化娃基體發(fā)生反應(yīng)，要么不能在高溫場(chǎng)合使用。
[000引此外，中國(guó)專利201310140262. 3 " -種提高金屬對(duì)SiC陶瓷潤(rùn)濕性的方法"是在 SiC表面采用離子注入一定劑量的金屬離子的方法，改善金屬在SiC上的潤(rùn)濕性。中國(guó)專 利201310392098. 5"-種碳化娃陶瓷的表面金屬化層及金屬化方法"是通過將陶瓷（TiC或 WC或其兩者的混合物)、Co、Si和B的混合粉末進(jìn)行燒結(jié)或等離子噴涂的方法，在SiC陶瓷 表面制備金屬+陶瓷復(fù)合涂層。中國(guó)專利化201110211637. I" SiC陶瓷表面處理方法及其 用途"則是通過在SiC表面涂敷TiHs膏劑，經(jīng)真空熱處理后，在SiC表面形成一種具有金屬 性的Ti (C，Si)復(fù)合陶瓷涂層。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明目的在于提供一種碳化娃陶瓷表面優(yōu)良金屬涂層的制備方法，即在碳化娃 陶瓷表面通過真空烙覆形成一層具有金屬性、高溫穩(wěn)定和高結(jié)合強(qiáng)度的金屬涂層，且涂層 與碳化娃基體不發(fā)生明顯的界面反應(yīng)，W改善金屬對(duì)碳化娃陶瓷的潤(rùn)濕性。
[0007] 本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)的，一種碳化娃陶瓷表面真空烙覆金屬涂層 的方法，該方法由如下步驟組成： 1)將市售Mo、Ni和Co的一種和Si粉按一定質(zhì)量百分比組成進(jìn)行稱重、混合，球磨制 成金屬混合粉末。
[0008] 2)將上述金屬混合粉末烘干、過篩。
[0009] 3)取部分上述過篩好的金屬混合粉末，加入有機(jī)粘結(jié)劑，充分?jǐn)埌韬蟮玫骄鶆蚋?劑。
[0010] 4)用手工涂刷或絲網(wǎng)印刷方法將膏劑覆蓋在清潔處理的碳化娃陶瓷表面上。
[0011] 5)將涂覆的碳化娃陶瓷片，置于真空度《4X ICT2Pa的真空爐，W 3^1(TC /min加 熱至一定溫度，保溫一定時(shí)間，使金屬混合粉末完全烙覆在陶瓷表面，再W 3^5°C /min冷卻 至室溫，形成致密的金屬涂層。
[0012] 所述的Mo、Ni和Co的一種和Si粉按一定質(zhì)量百分比組成指；10?40%的Mo, 15?40〇/〇 的 Ni 或 Co, 30?70% 的 Si。
[0013] 所述的球磨指：在滾筒球磨機(jī)中，W硬質(zhì)合金球或瑪瑤球?yàn)槟デ?，酒精為球磨?質(zhì)，球磨2r72小時(shí)制成金屬混合粉末。
[0014] 所述的烘干指置于8(TC真空烘箱中烘干；所述的過篩指過200目篩。
[0015] 所述的有機(jī)粘結(jié)劑為松油醇+己基纖維素溶液，且松油醇；己基纖維素；金屬混合 粉末=9g: Ig: lOg。
[0016] 所述的真空烙覆溫度為125(T1400 °C，保溫時(shí)間為1(T30 min。
[0017] 本發(fā)明在碳化娃陶瓷表面通過真空烙覆形成一層具有金屬性、高溫穩(wěn)定和高結(jié)合 強(qiáng)度的金屬涂層，該真空烙覆工藝與熱噴涂、磁控姍射鍛膜、激光鍛和等離子體鍛膜等方法 相比工藝簡(jiǎn)便，對(duì)設(shè)備要求低，且該涂層與碳化娃陶瓷基體不發(fā)生明顯的界面反應(yīng)，可顯著 改善金屬對(duì)碳化娃陶瓷表面的潤(rùn)濕性。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為實(shí)施例中1和2號(hào)試樣宏觀照片（為對(duì)比涂層表面顏色，添加未涂覆SiC陶 瓷試樣照片）。
[0019] 圖2為實(shí)施例中1號(hào)試樣(金屬涂層組成為10MO+20CO巧OSi)剖面（a)和化在 該1號(hào)試樣表面的潤(rùn)濕照片化）。
[0020] 圖3為實(shí)施例中2號(hào)試樣(金屬涂層組成為20Mo+15Co+65Si)剖面（a)和化在 該2號(hào)試樣表面的潤(rùn)濕照片化）。
[0021]
【具體實(shí)施方式】 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述，本發(fā)明所述的Mo、Ni或Co中的一種和 Si粉的一定質(zhì)量百分比組成為；10?40%的Mo, 15?40%的Ni或Co, 30?70%的Si。
[0022] 本發(fā)明所述的有機(jī)粘結(jié)劑為松油醇+己基纖維素溶液，且松油醇；己基纖維素；金 屬混合粉末=9g: Ig: lOg。
[0023] 所述的真空烙覆溫度為125(T1400 °C，保溫時(shí)間為1(T30 min。
[0024] 一種碳化娃陶瓷表面真空烙覆金屬涂層的方法，該方法由如下步驟組成： 1) 將市售Mo、Ni或Co中的一種和Si粉按一定質(zhì)量百分比組成進(jìn)行稱重、混合，在滾 筒球磨機(jī)中，W硬質(zhì)合金球或瑪瑤球?yàn)槟デ?，酒精為球磨介質(zhì)，球磨2r72小時(shí)制成金屬混 合粉末。
[00巧]2)將上述金屬混合粉末置于8(TC真空烘箱中烘干，并過200目篩。
[0026] 3)取部分上述過篩好的金屬混合粉末，加入有機(jī)粘結(jié)劑，充分?jǐn)埌韬蟮玫骄鶆蚋?劑。
[0027] 4)用手工涂刷或絲網(wǎng)印刷方法將膏劑覆蓋在清潔處理的碳化娃陶瓷表面上； 5)將涂覆的碳化娃陶瓷片，置于真空度《4X10可a的真空爐中，W 3^1(TC /min加熱 至一定溫度，保溫一定時(shí)間，使金屬混合粉末完全烙覆在陶瓷表面，再W 3^5°C /min冷卻至 室溫，形成致密的金屬涂層。
[002引1)將市售Mo、Ni、Co和Si粉按表1的配方進(jìn)行稱重、混合，在滾筒球磨機(jī)中，W硬 質(zhì)合金球或瑪瑤球?yàn)槟デ?，酒精為球磨介質(zhì)，球磨2r72小時(shí)制成金屬混合粉末，具體配方 見表1。
[0029] 表1金屬涂層配方
【權(quán)利要求】
1. 一種在碳化硅表面真空熔覆金屬涂層的方法，其特征在于步驟如下： 1) 將市售Mo、Ni和Co的一種和Si粉按一定質(zhì)量百分比組成進(jìn)行稱重、混合，球磨制 成金屬混合粉末； 2) 將上述金屬混合粉末烘干、過篩； 3) 取部分上述過篩好的金屬混合粉末，加入有機(jī)粘結(jié)劑，充分?jǐn)嚢韬蟮玫骄鶆蚋鄤? 4) 將膏劑覆蓋在清潔處理的碳化硅陶瓷表面上； 5) 將涂覆的碳化硅陶瓷片，置于真空度彡4X10_2Pa的真空爐，以:TlO°C /min加熱至 一定溫度，保溫一定時(shí)間，使金屬混合粉末完全熔覆在陶瓷表面，再以3~5°C /min冷卻至室 溫，形成致密的金屬涂層。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種在碳化硅表面真空熔覆金屬涂層的方法，其特征在于所述 的Mo、Ni和Co的一種和Si粉按一定質(zhì)量百分比組成指：1(Γ40%的Mo, 15?40%的Ni或Co， 30?70% 的 Si。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種在碳化硅表面真空熔覆金屬涂層的方法，其特征在于： 所述的球磨指：在滾筒球磨機(jī)中，以硬質(zhì)合金球或瑪瑙球?yàn)槟デ?，酒精為球磨介質(zhì)，球磨 24~72小時(shí)制成金屬混合粉末。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種在碳化硅表面真空熔覆金屬涂層的方法，其特征在于：所 述的烘干指置于80°C真空烘箱中烘干；所述的過篩指過200目篩。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種在碳化硅表面真空熔覆金屬涂層的方法，其特征在于：所 述的有機(jī)粘結(jié)劑為松油醇+乙基纖維素溶液，且松油醇：乙基纖維素：金屬混合粉末=9g: lg: 10g。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種在碳化硅表面真空熔覆金屬涂層的方法，其特征在于：所 述的將膏劑覆蓋在清潔處理的碳化硅陶瓷表面上是采用手工涂刷或絲網(wǎng)印刷方法將膏劑 覆蓋在清潔處理的碳化硅陶瓷表面上。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種在碳化硅表面真空熔覆金屬涂層的方法，其特征在于：所 述的真空熔覆溫度為125(Tl400 °C，保溫時(shí)間為1(Γ30 min。
【文檔編號(hào)】C04B41/88GK104261886SQ201410493272
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】劉桂武, 趙三團(tuán), 喬冠軍, 張相召, 邵海成, 徐紫薇 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)