一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳化硅陶瓷真空熔覆金属涂层的方法。主要步骤包括：金属混合粉末配置、膏剂制备、陶瓷表面涂覆和真空熔覆。其中金属混合粉末质量百分比组成为10~40%的Mo，15~40%的Ni（或Co），30~70%的Si；真空熔覆温度和时间分别为1250~1400℃，和10~30min。本发明可做为碳化硅与金属钎焊的过渡层的制备工艺，制备的涂层能显著改善金属与碳化硅间的润湿性能，降低或阻止碳化硅陶瓷与钎料在钎焊过程中的过度反应，从而提高陶瓷/金属钎焊的界面结合强度。
【专利说明】-种在碳化枯表面真空膝覆金属涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种碳化娃表面金属涂层的制备方法，特别是采用真空烙覆技术在碳 化娃表面制备金属涂层的方法，目的在于改善金属对碳化娃陶瓷的润湿性。
【背景技术】
[0002] 碳化娃具有优良的机械性能、高热传导性和良好的热震稳定性等，该些特性使它 们在航空航天，汽车工业W及能源等领域得到广泛应用；但碳化娃陶瓷初性差、加工困难 的缺点限制了其应用，而金属具有优良的塑性、初性W及良好的加工性，但大部分金属 及其合金的高温性能差，如果将二者结合起来充分发挥它们的优势，必将形成十分优秀 的结构功能一体化材料；碳化娃和金属的连接技术是碳化娃获得更大应用必须解决的关键 技术；针焊是通过烙化的针料润湿被连接材料而形成接头，在连接过程中被连接母材可W 保持不烙化，因此针焊在针对连接性能差异较大和对烙化敏感的材料时有其独特的优点， 该样使得在精密陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属连接技术中，针焊法是最重要的连接方法，对于 陶瓷针焊，针料对陶瓷的小角度润湿是实现连接的前提。
[0003] SiC陶瓷是一种共价键性很强的化合物，表现出非常稳定的电子配位，其晶体结构 的基本结构单元是SiC4和CSi4配位四面体，通过定向的强四面体SP键结合在一起，并 有一定程度的极化；Si的电负性为1.8, C的电负性为2. 6, Si-C键的离子键性仅约占 12%。SiC陶瓷和金属材料在物理和化学性能方面存在巨大的差异，导致SiC陶瓷很难被 不添加界面活性金属元素巧日TiXr)的液态金属或合金所润湿，该是影响SiC陶瓷针焊连 接的本质问题，而通过对碳化娃表面制备金属涂层，使液态金属与SiC的润湿变为液态金 属与金属涂层间的润湿，从而显著改善金属或合金烙体与SiC陶瓷的润湿性能，对SiC与 金属的针焊十分有利。
[0004] 关于碳化娃陶瓷材料表面形成金属涂层方法，目前应用和研究的主要就是通过电 锻、化学锻或浸入法等在SiC陶瓷表面形成金属层，如中国专利化200710035759. 3 "-种 高性能陶瓷表面金属化处理工艺"是通过电锻和烧媒在材料表面形成金属化层；中国专利 ZL200510029905. 2 "SiC陶瓷颗粒表面化学锻铜方法"和ZL200510029906. 7 "SiC陶瓷颗 粒表面锻鹤方法"则是利用化学锻的方法对陶瓷颗粒表面进行化学锻铜和锻鹤处理；中国 专利化200410012575. 1 "表面合金化陶瓷及制备方法"是利用复合祀对陶瓷材料表面进行 合金化处理；中国专利200910092748. 8 "陶瓷与金属的连接方法"在进行陶瓷-金属连接 过程中通过将陶瓷浸入铅或铅合金烙液中让陶瓷表面粘附一层铅或铅合金薄膜来对陶瓷 材料进行表面处理。然而，该些SiC陶瓷或颗粒表面形成的金属膜层，要么结合不够紧密， 要么后续热处理过程会与碳化娃基体发生反应，要么不能在高温场合使用。
[000引此外，中国专利201310140262. 3 " -种提高金属对SiC陶瓷润湿性的方法"是在 SiC表面采用离子注入一定剂量的金属离子的方法，改善金属在SiC上的润湿性。中国专 利201310392098. 5"-种碳化娃陶瓷的表面金属化层及金属化方法"是通过将陶瓷（TiC或 WC或其两者的混合物)、Co、Si和B的混合粉末进行烧结或等离子喷涂的方法，在SiC陶瓷 表面制备金属+陶瓷复合涂层。中国专利化201110211637. I" SiC陶瓷表面处理方法及其 用途"则是通过在SiC表面涂敷TiHs膏剂，经真空热处理后，在SiC表面形成一种具有金属 性的Ti (C，Si)复合陶瓷涂层。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供一种碳化娃陶瓷表面优良金属涂层的制备方法，即在碳化娃 陶瓷表面通过真空烙覆形成一层具有金属性、高温稳定和高结合强度的金属涂层，且涂层 与碳化娃基体不发生明显的界面反应，W改善金属对碳化娃陶瓷的润湿性。
[0007] 本发明是采取如下技术方案予W实现的，一种碳化娃陶瓷表面真空烙覆金属涂层 的方法，该方法由如下步骤组成： 1)将市售Mo、Ni和Co的一种和Si粉按一定质量百分比组成进行称重、混合，球磨制 成金属混合粉末。
[0008] 2)将上述金属混合粉末烘干、过筛。
[0009] 3)取部分上述过筛好的金属混合粉末，加入有机粘结剂，充分揽拌后得到均匀膏 剂。
[0010] 4)用手工涂刷或丝网印刷方法将膏剂覆盖在清洁处理的碳化娃陶瓷表面上。
[0011] 5)将涂覆的碳化娃陶瓷片，置于真空度《4X ICT2Pa的真空炉，W 3^1(TC /min加 热至一定温度，保温一定时间，使金属混合粉末完全烙覆在陶瓷表面，再W 3^5°C /min冷却 至室温，形成致密的金属涂层。
[0012] 所述的Mo、Ni和Co的一种和Si粉按一定质量百分比组成指；10?40%的Mo, 15?40〇/〇 的 Ni 或 Co, 30?70% 的 Si。
[0013] 所述的球磨指：在滚筒球磨机中，W硬质合金球或玛瑶球为磨球，酒精为球磨介 质，球磨2r72小时制成金属混合粉末。
[0014] 所述的烘干指置于8(TC真空烘箱中烘干；所述的过筛指过200目筛。
[0015] 所述的有机粘结剂为松油醇+己基纤维素溶液，且松油醇；己基纤维素；金属混合 粉末=9g: Ig: lOg。
[0016] 所述的真空烙覆温度为125(T1400 °C，保温时间为1(T30 min。
[0017] 本发明在碳化娃陶瓷表面通过真空烙覆形成一层具有金属性、高温稳定和高结合 强度的金属涂层，该真空烙覆工艺与热喷涂、磁控姗射锻膜、激光锻和等离子体锻膜等方法 相比工艺简便，对设备要求低，且该涂层与碳化娃陶瓷基体不发生明显的界面反应，可显著 改善金属对碳化娃陶瓷表面的润湿性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为实施例中1和2号试样宏观照片（为对比涂层表面颜色，添加未涂覆SiC陶 瓷试样照片）。
[0019] 图2为实施例中1号试样(金属涂层组成为10MO+20CO巧OSi)剖面（a)和化在 该1号试样表面的润湿照片化）。
[0020] 图3为实施例中2号试样(金属涂层组成为20Mo+15Co+65Si)剖面（a)和化在 该2号试样表面的润湿照片化）。
[0021]
【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述，本发明所述的Mo、Ni或Co中的一种和 Si粉的一定质量百分比组成为；10?40%的Mo, 15?40%的Ni或Co, 30?70%的Si。
[0022] 本发明所述的有机粘结剂为松油醇+己基纤维素溶液，且松油醇；己基纤维素；金 属混合粉末=9g: Ig: lOg。
[0023] 所述的真空烙覆温度为125(T1400 °C，保温时间为1(T30 min。
[0024] 一种碳化娃陶瓷表面真空烙覆金属涂层的方法，该方法由如下步骤组成： 1) 将市售Mo、Ni或Co中的一种和Si粉按一定质量百分比组成进行称重、混合，在滚 筒球磨机中，W硬质合金球或玛瑶球为磨球，酒精为球磨介质，球磨2r72小时制成金属混 合粉末。
[00巧]2)将上述金属混合粉末置于8(TC真空烘箱中烘干，并过200目筛。
[0026] 3)取部分上述过筛好的金属混合粉末，加入有机粘结剂，充分揽拌后得到均匀膏 剂。
[0027] 4)用手工涂刷或丝网印刷方法将膏剂覆盖在清洁处理的碳化娃陶瓷表面上； 5)将涂覆的碳化娃陶瓷片，置于真空度《4X10可a的真空炉中，W 3^1(TC /min加热 至一定温度，保温一定时间，使金属混合粉末完全烙覆在陶瓷表面，再W 3^5°C /min冷却至 室温，形成致密的金属涂层。
[002引1)将市售Mo、Ni、Co和Si粉按表1的配方进行称重、混合，在滚筒球磨机中，W硬 质合金球或玛瑶球为磨球，酒精为球磨介质，球磨2r72小时制成金属混合粉末，具体配方 见表1。
[0029] 表1金属涂层配方
【权利要求】
1. 一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于步骤如下： 1) 将市售Mo、Ni和Co的一种和Si粉按一定质量百分比组成进行称重、混合，球磨制 成金属混合粉末； 2) 将上述金属混合粉末烘干、过筛； 3) 取部分上述过筛好的金属混合粉末，加入有机粘结剂，充分搅拌后得到均匀膏剂； 4) 将膏剂覆盖在清洁处理的碳化硅陶瓷表面上； 5) 将涂覆的碳化硅陶瓷片，置于真空度彡4X10_2Pa的真空炉，以:TlO°C /min加热至 一定温度，保温一定时间，使金属混合粉末完全熔覆在陶瓷表面，再以3~5°C /min冷却至室 温，形成致密的金属涂层。
2. 如权利要求1所述的一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于所述 的Mo、Ni和Co的一种和Si粉按一定质量百分比组成指：1(Γ40%的Mo, 15?40%的Ni或Co， 30?70% 的 Si。
3. 如权利要求1所述的一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于： 所述的球磨指：在滚筒球磨机中，以硬质合金球或玛瑙球为磨球，酒精为球磨介质，球磨 24~72小时制成金属混合粉末。
4. 如权利要求1所述的一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于：所 述的烘干指置于80°C真空烘箱中烘干；所述的过筛指过200目筛。
5. 如权利要求1所述的一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于：所 述的有机粘结剂为松油醇+乙基纤维素溶液，且松油醇：乙基纤维素：金属混合粉末=9g: lg: 10g。
6. 如权利要求1所述的一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于：所 述的将膏剂覆盖在清洁处理的碳化硅陶瓷表面上是采用手工涂刷或丝网印刷方法将膏剂 覆盖在清洁处理的碳化硅陶瓷表面上。
7. 如权利要求1所述的一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于：所 述的真空熔覆温度为125(Tl400 °C，保温时间为1(Γ30 min。
【文档编号】C04B41/88GK104261886SQ201410493272
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】刘桂武, 赵三团, 乔冠军, 张相召, 邵海成, 徐紫薇 申请人:江苏大学