高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺

本发明涉及纳米陶瓷材料，具体为高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺。

背景技术：

1、纳米材料陶瓷薄膜是一种由纳米级陶瓷材料制成的薄膜，其厚度通常在几纳米到几十纳米之间；这种薄膜具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高温稳定性等优异的物理和化学性质，因此被广泛应用于电子、光电、能源、生物医学等领域。

2、而纳米材料陶瓷薄膜器件是一种利用纳米材料制备的陶瓷薄膜制成的器件；常见的纳米材料陶瓷薄膜器件包括传感器、电容器、电阻器、压电器件、热敏电阻器、气敏电阻器等；

3、在制备纳米材料陶瓷薄膜时，由于基底的选择不同，不稳定系数导致极易出现杂质及裂纹，影响后续制作器件的稳定性和可靠性，进而导致器件的性能不能完全保证，为此，提出了高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，包括以下步骤：

3、s1、制备纳米材料：通过氧化铝与溶液反应制作氧化铝溶液；

4、s2、制备陶瓷薄膜：将氧化铝溶液和靶材融合制备陶瓷薄膜；

5、s3、烧结处理：将陶瓷薄膜进行烧结处理；

6、s4、处理加工：将烧结后的陶瓷薄膜进行表面处理并进行测试，最后制成指定物品。

7、在本发明一个或多个实施例中，在所述步骤s1中，选用粒径在10-60nm的氧化铝颗粒，纯度为99.5％的乙醇，进行制备3cm的氧化铝基地，且氧化铝纳米颗粒的浓度为0.18g/ml，制备陶瓷薄膜所需的乙醇体积为10ml，乙酸为5ml。

8、在本发明一个或多个实施例中，在所述步骤s1中，具体步骤为：

9、将10ml乙醇倒入容量为50ml的烧杯中，加入0.1g氧化铝纳米颗粒，用超声波处理30-45min，再加入5ml乙酸，使其均匀分散，得到透明溶胶，将氧化铝基底放入溶液中，浸泡10min，使溶液中的氧化铝纳米颗粒沉积在基底表面，形成凝胶，将凝胶放置于干燥箱内进行干燥，得到氧化铝凝胶。

10、在本发明一个或多个实施例中，在所述步骤s2中，将氧化铝凝胶取出，放入烤炉中进行煅烧，煅烧时间为2-3.5h，得到氧化铝纳米粉末。

11、在本发明一个或多个实施例中，在所述步骤s2中，将硅化铝靶放置于气相沉积设备中，通过高温高压的气相反应，将靶材表面的材料沉积在氧化铝纳米粉末上，形成薄膜，将薄膜放入烘箱中，在80℃下烘干30-50分钟，重复以上步骤2-5次，直至薄膜达到3cm。

12、在本发明一个或多个实施例中，在所述步骤s2中，将制备好的薄膜放入烤箱内，在400-600℃下蒸烤2-4小时，使其结晶成陶瓷薄膜。

13、在本发明一个或多个实施例中，在所述步骤s3中，将陶瓷薄膜放置于熔炉内，熔炉内温度设置为1300-1800℃，烧制时间为3-5h，烧结压力为10-20mpa，陶瓷薄膜熔解并形成晶体结构，冷却后，取出烧结后的陶瓷薄膜。

14、在本发明一个或多个实施例中，在所述步骤s4中，使用原子力显微镜(afm)对陶瓷薄膜的表面平整度、颗粒分布和粗糙度进行观察和分析，使用x射线衍射仪(xrd)对陶瓷薄膜的晶体结构、晶粒尺寸和晶界进行分析，使用电学测试系统对陶瓷薄膜的电阻率、介电常数、电容率、电导率进行测试，使用万能材料试验机对陶瓷薄膜的硬度、弹性模量、断裂韧性进行测试。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、本发明中，通过采用颗粒具有较高的比表面积和较小的颗粒尺寸的氧化铝颗粒制作基底，可以提高基地的致密性和均匀性，从而提高陶瓷薄膜的质量和性能，同时，氧化铝与乙醇混合可以保证基地的纯度和稳定性，避免杂质对制备过程的干扰；

17、本发明中，通过热处理促进薄膜的结晶和晶粒的长大，从而提高薄膜的结晶度和晶粒尺寸，改善薄膜的物理性质和化学稳定性；此外，热处理还可以去除薄膜中的有机物和水分，提高薄膜的致密性和硬度，且经过烧结后，陶瓷薄膜的物理性能和化学稳定性都会得到显著提高。

技术特征：

1.高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，其特征在于：在所述步骤s1中，选用粒径在10-60nm的氧化铝颗粒，纯度为99.5％的乙醇，进行制备3cm的氧化铝基地，且氧化铝纳米颗粒的浓度为0.18g/ml，制备陶瓷薄膜所需的乙醇体积为10ml，乙酸为5ml。

3.根据权利要求1所述的高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，其特征在于：在所述步骤s1中，具体步骤为：

4.根据权利要求1所述的高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，其特征在于：在所述步骤s2中，将氧化铝凝胶取出，放入烤炉中进行煅烧，煅烧时间为2-3.5h，得到氧化铝纳米粉末。

5.根据权利要求1所述的高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，其特征在于：在所述步骤s2中，将硅化铝靶放置于气相沉积设备中，通过高温高压的气相反应，将靶材表面的材料沉积在氧化铝纳米粉末上，形成薄膜，将薄膜放入烘箱中，在80℃下烘干30-50分钟，重复以上步骤2-5次，直至薄膜达到3cm。

6.根据权利要求1所述的高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，其特征在于：在所述步骤s2中，将制备好的薄膜放入烤箱内，在400-600℃下蒸烤2-4小时，使其结晶成陶瓷薄膜。

7.根据权利要求1所述的高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，其特征在于：在所述步骤s3中，将陶瓷薄膜放置于熔炉内，熔炉内温度设置为1300-1800℃，烧制时间为3-5h，烧结压力为10-20mpa，陶瓷薄膜熔解并形成晶体结构，冷却后，取出烧结后的陶瓷薄膜。

8.根据权利要求1所述的高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，其特征在于：在所述步骤s4中，使用原子力显微镜(afm)对陶瓷薄膜的表面平整度、颗粒分布和粗糙度进行观察和分析，使用x射线衍射仪(xrd)对陶瓷薄膜的晶体结构、晶粒尺寸和晶界进行分析，使用电学测试系统对陶瓷薄膜的电阻率、介电常数、电容率、电导率进行测试，使用万能材料试验机对陶瓷薄膜的硬度、弹性模量、断裂韧性进行测试。

技术总结
本发明公开了高性能纳米材料陶瓷薄膜器件的制造工艺，属于纳米陶瓷材料技术领域，包括以下步骤：S1、制备纳米材料：通过氧化铝与溶液反应制作氧化铝溶液；S2、制备陶瓷薄膜：将氧化铝溶液和靶材融合制备陶瓷薄膜；S3、烧结处理：将陶瓷薄膜进行烧结处理；S4、处理加工：将烧结后的陶瓷薄膜进行表面处理并进行测试，最后制成指定物品。在本发明一个或多个实施例中，选用粒径在10‑60nm的氧化铝颗粒，本发明中，通过采用颗粒具有较高的比表面积和较小的颗粒尺寸的氧化铝颗粒制作基底，可以提高基地的致密性和均匀性，从而提高陶瓷薄膜的质量和性能，同时，氧化铝与乙醇混合可以保证基地的纯度和稳定性，避免杂质对制备过程的干扰。

技术研发人员：赵国荣,李永坤,郑富昭,李飞,杨振民
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14