[发明专利]粉末状陶瓷材料的表面合金化方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末状陶瓷材料的表面合金化方法，属陶瓷材料表面金属化技术领域。

背景技术

陶瓷材料由于具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损以及抗绝缘性好等优点，在高温结构领域中占有非常特殊的地位；基于其所具有的某些独特的物理性能，被广泛用作传感器的功能元件。

粉末状陶瓷通过粉末冶金方法可以制成陶瓷复合材料。该方法具有温度低，颗粒与基体的混合比较均匀，偏析或结团现象不太严重等优点。同时，粉末冶金还可以按照复合材料的性能要求，任意调整增强物的加入比例，气体雾化快速凝固使合金粉末的显微结构细化，平均晶粒尺寸可达50μm，因此，粉末冶金法合成的陶瓷复合材料机械性能较高。

但是，由于陶瓷与金属的热物理性能差异较大，陶瓷材料与金属在1000℃以下时的接触角均大于90°，致使两者间润湿性很差，因此在较低温度下制备复合材料时，陶瓷与金属的界面结合强度较差。目前通过加弧辉光渗镀的方法，已经成功在块状陶瓷材料表面镀上Ti等金属元素。Ti具有很高的化学活性，能与许多元素发生反应。活性金属Ti与陶瓷材料发生反应，生成的金属间化合物与金属性能接近，从而能有效改善陶瓷与金属的润湿性，增加界面结合强度。

然而，采用加弧辉光渗镀方法在陶瓷粉末表面进行渗镀还存在一定的困难。与块状陶瓷渗镀相比，首先，陶瓷粉末表面渗镀的粉末尺寸达到了微米级，尺寸大大的减小，增加了渗镀的难度。其次，块状陶瓷渗镀是在二维平面上进行渗镀，陶瓷粉末渗镀是在三维颗粒上渗镀，对于如何使陶瓷粉末渗镀均匀，镀层厚度的控制等方面都有一定的难度。另外，粉末在渗镀的过程中，对工艺参数的把握也存在着一定的难度，与块状陶瓷渗镀相比，粉末在渗镀的过程中是不断运动着的，复合靶与粉末的距离以及粉末在渗镀过程中速度的控制有一定的难度，如何做到保证渗镀质量的同时又提高了渗镀的效率，上述问题都是加弧辉光渗镀方法在陶瓷粉末表面进行渗镀的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供粉末状陶瓷材料的表面合金化方法，利用加弧辉光表面复合渗镀技术对陶瓷粉末材料进行表面改性，以制成性能优良的陶瓷粉末复合材料。

本发明提供的粉末状陶瓷材料的表面合金化方法是在一个加弧辉光离子渗镀装置中进行的，所述加弧辉光离子渗镀装置具有一个倾斜设置在底部的、可旋转的阴极座，机械转动部分采用变速系统来控制粉末在渗镀过程中的运动速度，阴极座上固定有用于容置陶瓷粉末的料筒，料筒内壁上斜向设置有若干条彼此平行的板条，内部采用螺旋式结构，阳极靶座位于阴极座的对侧，与阴极座同轴设置，在阳极靶座上固定有复合靶渗镀源，电弧极固定在复合靶渗镀源的周边，包括如下步骤：

(1)将陶瓷粉末材料置于料筒内，关闭加弧辉光离子渗镀装置，

(2)保持装置中为工作气压15Pa的氩气气氛，

(3)在料筒旋转的状态下，在阳极靶座与阴极座之间施加辉光电压，并逐渐增压至400V，持续阴极雾化作用10-20min，

(4)在阳极靶座与电弧极之间通以电弧电流，调节电弧电流至60A，对陶瓷粉末渗镀30-50min，

(5)关闭电弧电流，保持辉光电压下的阴极雾化作用10-20min后，

(6)关闭辉光电压，将旋转的陶瓷材料在真空状态下自然冷却，得到复合渗镀表面合金化的陶瓷材料粉末。

其中所述的步骤(2)又包括以下步骤

A接通电源，开启真空泵，抽取真空炉内空气，使真空炉中真空度达1×10^-3Pa；

B往真空炉中充入氩气，使炉内工作压力达到15Pa，继续抽真空至1×10^-3Pa，再充氩，如此进行3～5次，保持炉内工作压力在15Pa.

其中，所述的复合靶渗镀源为一个具有镶嵌结构的圆柱形复合靶，所述复合靶最外层为纯铝材料，中间层为纯铜材料，中心为纯钛材料，三种材料同轴布置。所述复合靶的尺寸为Φ65mm×40mm，其中中间层外径Φ45mm，中心层外径Φ30mm。

所述复合靶渗镀源与料筒中陶瓷粉末材料的距离保持在150-200mm。