[发明专利]梯度金属陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体而言，涉及一种梯度金属陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

真空蒸镀法是在真空环境下使待成膜物质于蒸镀坩埚中受热蒸发汽化或升华，从而凝结沉积到衬底材料表面形成薄膜的方法。目前真空蒸镀法已广泛用于各种薄膜器件，特别是有机薄膜器件的制造，例如，在有机小分子器件如OLED器件的制造过程中，常采用真空蒸镀法制备器件的各有机功能层，制备过程一般是在高真空(10^-3Pa～10^-7Pa)环境下，通过加热置于坩埚内的有机材料使其熔化、蒸发，从而沉积到坩埚上方的基片之上。

在蒸镀工艺过程中，坩埚为必不可少的治具，坩埚材质对蒸镀材料成膜品质和生产效率具有重要影响。常用的坩埚材质有金属、氧化铝、氮化硼、石墨、石英等，可根据不同用途选择合适的材料。就蒸镀有机材料而言，上述各种材质的坩埚目前均有应用，但各具优点和不足。其中，金属坩埚通常采用Ti、Cu和Al等制成，由于金属导热性极佳，易使坩埚内的有机材料受热不均，出现蒸镀材料爆冲溢出的现象；氧化铝和石英坩埚则导热性较差，容易出现有机材料聚集于坩埚口部的封口现象；而氮化硅和石墨坩埚价格昂贵且不易清洗。由此可见，由目前的坩埚材料制成的坩埚，导热率过大或过小，且将蒸镀材料置入其中时，基于距离热源的远近，存在自下而上受热不均的问题。

为此，需要一种改进的有机薄膜蒸镀用坩埚材料，以使制成的坩埚具有合适的导热率并使置于其中的有机材料受热均匀，避免爆冲和封口问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种梯度金属陶瓷复合材料，以导热性良好的金属材料作为基体，将导热性较差的陶瓷粒子分散于金属基体之中，形成金属陶瓷复合材料，并基于坩埚不同部位与热源距离的不同，使陶瓷粒子在金属基体中的含量形成梯度分布，从而使得该梯度金属陶瓷复合材料制成的坩埚具有合适的导热率并使置于其中的有机材料在进行蒸镀时能够均匀受热。

因此，一方面，本发明提供一种梯度金属陶瓷复合材料，其包含:

金属基体，所述金属基体为铜、铝或铜、铝的合金；以及

陶瓷粒子，分散于所述金属基体之中，所述陶瓷粒子为氮化硼、热解氮化硼、氮化铝或碳化硅；

其中所述陶瓷粒子在所述金属基体中沿纵向厚度方向呈梯度分布，体积分数在10％至60％之间呈连续梯度变化。

在本发明的一种实施方式中，所述陶瓷粒子的平均粒径为5～100μm。

在本发明的另一种实施方式中，所述梯度金属陶瓷复合材料的导热率沿纵向厚度方向在70～182W/mk范围内呈连续梯度变化。

另一方面，本发明提供上述梯度金属陶瓷复合材料的制备方法，包括：

分层混合金属粉体、陶瓷粒子和粘结剂，使所述陶瓷粒子均匀分散于所述金属粉体之中，各层的所述陶瓷粒子体积百分比呈连续梯度变化；

堆叠所述各层，进行压制成形，形成所述陶瓷粒子沿纵向厚度方向呈梯度分布的成形体；以及

将所述成形体经脱脂处理后进行烧结，以制成所述梯度金属陶瓷复合材料。

在本发明方法的一种实施方式中，所述金属粉体为铜、铝或铜、铝的合金。

在本发明方法的另一种实施方式中，所述陶瓷粒子为氮化硼、热解氮化硼、氮化铝或碳化硅。

在本发明方法的另一种实施方式中，所述各层的所述陶瓷粒子体积百分比在10％至60％范围内呈连续梯度变化。

在本发明方法的另一种实施方式中，分散于所述金属基体之中的所述陶瓷粒子的平均粒径为5～100μm。

在本发明方法的另一种实施方式中，所述成形体经脱脂处理后进行烧结的步骤，其中操作环境为真空度高于0.1Pa，工作压力为50MPa～200MPa，烧结温度为500～850℃，烧结时间为50～120分钟。

本发明的梯度金属陶瓷复合材料适用于有机薄膜蒸镀用坩埚。