一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法，属于陶瓷材料【技术领域】。按照下述步骤进行：金属混合粉末配置（称重、混合、球磨、干燥、过筛）、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，18~32%的Ni或Co，36~70%的Si；真空熔覆温度和时间分别为1300~1400℃，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】一种在碳化硅表面真空熔覆金属涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种碳化硅表面金属涂层的制备方法，特别是采用真空熔覆技术在碳 化硅表面制备金属涂层的方法，目的在于改善金属对碳化硅陶瓷的润湿性，属于陶瓷材料
【技术领域】。
[0002]
【背景技术】
[0003] 碳化硅具有优良的机械性能、高热传导性和良好的热震稳定性等，这些特性使它 们在航空航天，汽车工业以及能源等领域得到广泛应用。但碳化硅陶瓷韧性差、加工困难 的缺点限制了其应用，而金属具有优良的塑性、韧性以及良好的加工性，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。碳化硅和金属的连接技术是碳化硅获得更大应用必须解决的关键 技术。钎焊是通过熔化的钎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以 保持不熔化，因此钎焊在针对连接性能差异较大和对熔化敏感的材料时有其独特的优点。 这样使得在精密陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属连接技术中，钎焊法是最重要的连接方法。对于 陶瓷钎焊，钎料对陶瓷的小角度润湿是实现连接的前提。
[0004] 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CSi 4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(如Ti、Cr)的液态金属或合金所润湿，这是影响SiC陶瓷钎焊连 接的本质问题。而通过对碳化硅表面制备金属涂层，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熔体与SiC陶瓷的润湿性能，对SiC与 金属的钎焊十分有利。
[0005] 关于碳化硅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 镀、化学镀或浸入法等在SiC陶瓷表面形成金属层，如中国专利ZL200710035759. 3 "一种 高性能陶瓷表面金属化处理工艺"是通过电镀和烧镍在材料表面形成金属化层；中国专利 ZL200510029905. 2 "SiC陶瓷颗粒表面化学镀铜方法"和ZL200510029906. 7 "SiC陶瓷颗 粒表面镀钨方法"则是利用化学镀的方法对陶瓷颗粒表面进行化学镀铜和镀钨处理；中国 专利ZL200410012575. 1 "表面合金化陶瓷及制备方法"是利用复合靶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铝或铝合金熔液中让陶瓷表面粘附一层铝或铝合金薄膜来对陶瓷 材料进行表面处理。然而，这些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硅基体发生反应，要么不能在高温场合使用。
[0006] 此外，中国专利201310140262. 3 "一种提高金属对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"一种碳化硅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ZL201110211637. l"SiC陶瓷表面处理方法及其 用途"则是通过在SiC表面涂敷TiH2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。
[0007]
【发明内容】
[0008] 本发明目的在于提供一种碳化硅陶瓷表面优良金属涂层的制备方法，即在碳化硅 陶瓷表面通过真空熔覆形成一层具有金属性、高温稳定性和结合强度的金属涂层，且涂层 与碳化硅基体不发生明显的界面反应，以改善金属对碳化硅陶瓷的润湿性。
[0009] 本发明是采取如下技术方案予以实现的，一种碳化硅陶瓷表面真空熔覆金属涂层 的方法，按照下述步骤进行： 1) 将Mo、Ni或Co和Si粉按一定质量比组成进行称重、混合，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小时制成金属混合粉末； 2) 将上述金属混合粉末置于80°C真空烘箱中烘干，并过200目筛； 3) 取部分上述过筛好的金属混合粉末，加上适量的有机粘结剂，充分搅拌后得到均匀 膏剂； 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硅陶瓷表面上； 5) 将涂覆的碳化硅陶瓷片，置于真空炉中（真空度彡4X I(T2Pa),以彡KTC /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< 5°C /min冷却至 室温，形成致密的金属涂层。
[0010] 其中所述的Mo、Ni或Co和Si粉的一定质量份数组成为： Mo :10?40 份，Ni 或 Co :18?32 份，Si : 36?70 份。
[0011] 所述的粘结剂为松油醇+乙基纤维素溶液，且松油醇：乙基纤维素：金属混合粉末 =9g: lg: IOg0
[0012] 所述的真空熔覆温度为130(Tl400 °C，和保温时间为：1(T30 min。
[0013] 本发明具有真空熔覆工艺制度工序少，温度范围宽，产品合格率高，生产成本低， 适合规模化生产等特点；金属涂层具有厚度均匀，组织致密，与基体结合强度高等优点。
[0014]
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 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）。
[0016] 图2为实施例中1号试样(金属涂层组成为10Mo+20Co+70Si)剖面（a)和Cu在该 1号试样表面的润湿照片（b)。
[0017] 图3为实施例中2号试样(金属涂层组成为20Mo+18Co+62Si)剖面（a)和Cu在该 2号试样表面的润湿照片（b)。
[0018]
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例1-5对本发明做进一步的阐述。本发明所述的Mo、Ni或Co 和Si粉的一定质量百分比组成为：1(Γ40%的Mo, 18?32%的Ni或Co, 36?70%的Si。
[0020] 本发明所述的适量的粘结剂为松油醇+乙基纤维素溶液，且松油醇：乙基纤维素= 9g: lg: IOg0
[0021] 所述的真空熔覆温度为130(Tl400 °C，和保温时间为：1(T30 min。
[0022] -种碳化硅陶瓷表面真空熔覆金属涂层的方法，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，以硬质合金球或玛瑙球为磨球，酒精为球磨介质，球磨> 24小时制成金属混合粉末； 2) 将上述金属混合粉末置于80°C真空烘箱中烘干，并过200目筛； 3) 取部分将上述过筛好的金属混合粉末，加上适量的有机粘结剂，充分搅拌后得到均 匀膏剂； 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硅陶瓷表面上； 5) 将涂覆的碳化硅陶瓷片，置于真空炉中（真空度彡4X I(T2Pa),以彡KTC /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< 5°C /min冷却至 室温，形成致密的金属涂层。
[0023] 实施例1-5 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，以硬质合 金球或玛瑙球为磨球，酒精为球磨介质，球磨> 24小时制成金属混合粉末，具体配方见表 1 ; 表1金属涂层配方
【权利要求】
1. 一种碳化硅陶瓷表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于按照下述步骤进行： 1) 将Mo、Ni或Co和Si粉按一定质量比组成进行称重、混合，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小时制成金属混合粉末； 2) 将上述金属混合粉末置于80°C真空烘箱中烘干，并过200目筛； 3) 取部分上述过筛好的金属混合粉末，加上适量的有机粘结剂，充分搅拌后得到均匀 膏剂； 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硅陶瓷表面上； 5) 将涂覆的碳化硅陶瓷片，置于真空炉中，以彡10°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< 5°C /min冷却至室温，形成致密的金属 涂层。
2. 根据权利要求1所述的一种碳化硅陶瓷表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于 所述的Mo、Ni或Co和Si粉的一定质量份数组成为：Mo :1(T40份，Ni或Co :18?32份，Si : 36?70份。
3. 根据权利要求1所述的一种碳化硅陶瓷表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于 所述的粘结剂为松油醇+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。
4. 根据权利要求1所述的一种碳化硅陶瓷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130(Tl400 °C，和保温时间为：1(T30 min。
5. 根据权利要求1所述的一种碳化硅陶瓷表面真空熔覆金属涂层的方法，其特征在于 所述的真空炉中的真空度彡4X l(T2Pa。
【文档编号】C04B41/88GK104402533SQ201410564436
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22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