一种陶瓷表面金属化方法
【专利摘要】本发明公开了一种陶瓷表面金属化方法，其特征在于步骤如下：步骤一、设计并制造钛合金坩埚，步骤二、将非活性钎料置于钛合金坩埚中，在真空或惰性气氛保护条件下，以5~20℃/min的升温速率加热到700℃~1000℃，得到熔融非活性钎料，此时钛合金中的钛向非活性钎料中扩散，得到熔融的含有活性元素钛的活性钎料，步骤三、将要表面金属化的陶瓷基板端面放入装有熔融钎料的钛合金坩埚中，时间5~30min，步骤四、取出陶瓷基板，平铺冷却即在陶瓷基板端面上得到均匀的金属化层，本发明不仅使金属化工艺得到简化，降低了生产成本，而且熔融的钎料可以重复利用，提高了金属化合金的利用率，液态金属化合金相比粉状具有更佳的流动性这利于其铺展，且膜层的厚度更加均匀，操作性好，可以实现批量制造。
【专利说明】一种陶瓷表面金属化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新材料，具体地说是一种陶瓷表面金属化方法。
【背景技术】
[0002]陶瓷具有耐高温、高强度、高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀等许多优良的性能，但是，陶瓷在常温下韧性差，难以制备复杂形状的零件。只有将金属的强韧性与陶瓷的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性结合起来，才能成为理想的结构材料。一般需要在陶瓷表面金属化才能与金属连接在一起。
[0003]目前，用于陶瓷表面预金属化的方法主要有法是将钥粉与氧化锰粉混合配制成浆料，涂覆在陶瓷表面，然后在1500°C烧结，在陶瓷表面形成金属钥层。该方法属于高温连接，其必然会带来如下问题:(1)设备要求严格；(2)大尺寸和结构复杂的接头易产生大的内应力；(3)连接温度超过复Mo-Mn法、化学镀和气相沉积等。其中Mo-Mn合陶瓷中强化相或韧化相的允许温度时会严重降低其强化或韧化效果；二是化学镀法，其工艺流程为:除油一流水洗一中和一流水洗一粗化一流水洗一敏化一蒸馏水洗一活化一蒸馏水洗一还原一化学镀。该方法步骤繁琐，而且化学镀液的排放会对环境造成污染，三是气相沉积法，其分为化学气相沉积和物理气相沉积，化学气相沉积(CVD)是借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术，物理气相沉积(PVD)是在真空室中采用加热或高能束轰击的方法将待镀材料或靶材蒸发成气态并使之沉淀在工件表面形成涂层的技术。该方法对设备要求高、制造成本高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、金属化膜层均匀的陶瓷表面金属化方法。
[0005]本发明通过如下措施达到:
一种陶瓷表面金属化方法，其特征在于步骤如下:
步骤一、设计并制造钛合金坩埚，
步骤二、将非活性钎料置于钛合金坩埚中，在真空或惰性气氛保护条件下，以5~20°C /min的升温速率加热到700°C~1000°C，得到熔融非活性钎料，此时钛合金中的钛向非活性钎料中扩散，得到熔融的含有活性元素钛的活性钎料，
步骤三、将要表面金属化的陶瓷基板端面放入装有熔融钎料的钛合金坩埚中，时间5~30min，
步骤四、取出陶瓷基板，平铺冷却即在陶瓷基板端面上得到均匀的金属化层。
[0006]本发明步骤二所述的非活性钎料是指不含有活性元素(如T1、Ge等)的钎料。
[0007]本发明步骤二所述 的非活性钎料为锡基钎料、铝基钎料或银基钎料。
[0008]本发明步骤二所述的钎料加热采用电阻或高频感应的方式加热。
[0009]本发明步骤二所述的活性钎料随温度的变化，熔融钎料内钛的质量百分比相应变化。
[0010]本发明步骤三所述的陶瓷基板为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或碳化物陶瓷。
[0011]本发明步骤三中要间歇性的来回晃动陶瓷基板，促进金属化层的铺展，即得到均匀的金属化层。
[0012]本发明不仅使金属化工艺得到简化，降低了生产成本，而且熔融的锡基钎料可以重复利用，提高了金属化合金的利用率，液态金属化合金相比粉状具有更佳的流动性这利于其铺展，且膜层的厚度更加均匀。
【具体实施方式】
[0013]下面结合实施例对本发明作进一步描述:
本发明是将非活性钎料放入钛合金坩埚中，在真空或惰性气体保护环境中，在一定温度下得到熔融的非活性钎料，在此时，钛合金中的钛向熔融的非活性钎料中过渡，便得到含有活性元素钛的活性钎料，在一定的温度条件下与陶瓷反应形成金属化层。
[0014]实施例1:一种陶瓷表面金属化方法，步骤如下:(一)设计并制造钛合金坩埚，以陶瓷基板的尺寸为15mmX 15mmX5mm制造钛合金?甘祸，(二)称取一定质量的非活性钎料，配制质量份数为99%Sn，l%Ag的锡基钎料10g，锡基钎料采用粉末状，由金属单质组成，其质量纯度为99、9.95%，颗粒不大于lOOum，将锡基钎料置于钛合金坩埚中，并与氧化铝陶瓷一同放入真空炉中，在真空或惰性气体条件下，真空度为KT4Pa条件下，以20°C /min的加热速率加热到800°C，得到熔融的含有定量钛的活性钎料，(三)金属化:将氧化铝陶瓷放入熔融的活性钎料中并间歇性的来回晃动陶瓷基板，静置lOmin，然后取出，自然冷却，得到均匀、结合良好的金属化层。
[0015]实施例2:—种陶瓷表面金属化方法，步骤如下:(一)设计并制造钛合金坩埚，以陶瓷基板的尺寸为15mmX 15mmX5mm制造钛合金坩埚，(二)称取质量分数为99%Sn，l%Cu的IOg锡基钎料，放在钛合金坩埚中，并与氧化铝陶瓷一同放入真空炉中，在真空度为10_4Pa条件下，以5°C /min的速率加热到700°C，保温lmin，(三)金属化:将氧化铝陶瓷放入熔融的锡基钎料中并间歇性的来回晃动陶瓷基板，静置20min，然后取出，自然冷却，得到均匀、结合良好的金属化层。
[0016]实施例3:—种陶瓷表面金属化方法，步骤如下:(一)设计并制造钛合金坩埚，陶瓷基板的尺寸为15mmX 15mmX 5mm (二)称取为90%Sn, 10%Ag的锡基钎料10g,置于钛合金坩埚中，放入真空炉中，在氩气保护条件下，以15°C /min的加热速率加热到950°C，得到熔融的含有一定量钛的活性钎料，(三)金属化:将氧化铝陶瓷放入熔融的活性钎料中并间歇性的来回晃动陶瓷基板5min，然后取出，自然冷却，得到均匀、结合良好的金属化层。
[0017]实施例4:一种陶瓷表面金属化方法，步骤如下:(一)设计并制造钛合金坩埚，陶瓷基板的尺寸为15mmX15mmX5mm (二)称取IOg质量份数为90%Al，10%Cu的铝基钎料，铝基钎料采用粉末金属单质组成，质量纯度为99、9.95%，颗粒大小为70um，铝基钎料和氧化铝陶瓷一同放入真空炉中，在氩气保护条件下，以10°C /min的速率加热到950°C，得到熔融的含有一定量钛的活性钎料，(三)金属化:将氧化铝陶瓷放入熔融的活性钎料中并间歇性的来回晃动陶瓷基板5min，然后取出，自然冷却，得到均匀、结合良好的金属化层。
[0018]实施例5:—种陶瓷表面金属化方法，步骤如下:(一)设计并制造钛合金坩埚，陶瓷基板的尺寸为15mmX 15mmX 5mm(二)称取质量份数为95%Sn，5%Ag，5%Cu的锡基钎料10g，置于钛合金坩埚中，并与氧化铝陶瓷一同放入真空炉中，在氩气保护条件下，以10°C /min的速率加热到950°C，得到熔融的含有一定量钛的活性钎料，(三)金属化:将氧化铝陶瓷放入熔融的活性钎料中并间歇性的来回晃动陶瓷基板lOmin，然后取出，自然冷却，得到均匀、结合良好的金 属化层。
【权利要求】
1.一种陶瓷表面金属化方法，其特征在于步骤如下: 步骤一、设计并制造钛合金坩埚， 步骤二、将非活性钎料置于钛合金坩埚中，在真空或惰性气氛保护条件下，以5~20°c /min的升温速率加热到700°C~1000°C，得到熔融非活性钎料，此时钛合金中的钛向非活性钎料中扩散，得到熔融的含有活性元素钛的活性钎料， 步骤三、将要表面金属化的陶瓷基板端面放入装有熔融钎料的钛合金坩埚中，时间5~30min， 步骤四、取出陶瓷基板，平铺冷却即在陶瓷基板端面上得到均匀的金属化层。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷表面金属化方法，其特征在于步骤一中非活性钎料为锡基钎料、铝基钎料或银基钎料。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷表面金属化方法，其特征在于步骤二中钎料加热采用电阻或高频感应的方式加热。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷表面金属化方法，其特征在于步骤二中活性钎料随温度的变化，熔融钎料内钛的质量百分比相应变化。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷表面金属化方法，其特征在于步骤三中的陶瓷基板为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或碳化物陶瓷。
6.根据权利要求1所述的一种陶瓷表面金属化方法，其特征在于步骤三中要间歇性的来回晃动陶瓷基板，促进 金属化层的铺展。
【文档编号】C04B41/88GK103864467SQ201410121881
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】宋晓国, 付伟, 赵一璇, 王美荣, 冯吉才 申请人:哈尔滨工业大学（威海）