[发明专利]一种基于电子束辐照的三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的连接方法

说明书

一种基于电子束辐照的三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的连接方法，它涉及一种三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的连接方法。本发明的目的是要解决现有常规钎焊方法实现陶瓷与金属连接，耗时较长，效率低的问题。方法：一、打磨、除油；二、制备中间连接层；三、制备陶瓷涂层；四、电子束辐照，得到复合涂层。本发明使用电子束蒸镀气相沉积与电子束辐照加热相结合的方法，利用活性中间连接层实现三氧化二铝陶瓷涂层与金属基底的可靠连接，通过制备高结合力的陶瓷涂层以提高金属基底的表面性能与使用寿命；本发明的方法制备的三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的结合力在30N以上。本发明适用于连接三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体。

技术领域

本发明涉及一种三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的连接方法。

背景技术

随着科技的发展，金属基体在高温环境下容易发生腐蚀、氧化、磨损，从而引起性能下降，限制了其应用领域。陶瓷材料具有高强度、高硬、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等特性，但韧性、延展性、加工性能较差。因此将陶瓷与金属材料进行连接，发挥其各自性能优势，成为了最优化的选择。在金属基体表面制备微米级陶瓷涂层，实现金属基体与陶瓷涂层的可靠连接，利用陶瓷涂层的隔热性、耐腐蚀性、耐氧化性、耐磨损性以及电绝缘性，在电子器件、航空航天、机械装备制造等领域有广阔的应用前景。陶瓷涂层制备主要以电泳、微弧氧化、等离子喷涂、PVD气相沉积等方法为主，PVD气相沉积制备的陶瓷涂层综合质量相对较好。

陶瓷与金属的连接经过多年的研究，实验与生产中常用的是钎焊技术，通过钎料中含有的活性元素(Sn、Pb、Ag、Ti、V等)，在高温下润湿陶瓷与金属基体，在界面处形成反应产物，实现陶瓷涂层与金属基体的可靠连接。在陶瓷涂层与金属基体的钎焊连接过程中，连接温度与连接时间均会限制接头中活性元素的扩散与反应，从而影响接头的连接强度，常规钎焊方法实现陶瓷与金属连接，耗时较长，效率低。

发明内容

本发明的目的是要解决现有常规钎焊方法实现陶瓷与金属连接，耗时较长，效率低的问题，而提供一种基于电子束辐照的三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的连接方法。

一种基于电子束辐照的三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的连接方法，是按以下步骤完成的：

一、使用砂纸对金属基体进行打磨，再进行机械抛光，得到表面光亮的金属基体；依次使用石油醚和无水乙醇对表面光亮的金属基体分别超声清洗，得到去除表面油污的金属基体；

二、制备中间连接层：

以钛靶材或Ag-Cu-Ti靶材为蒸镀靶材，采用电子束蒸镀气相沉积方法在去除表面油污的金属基体表面沉积Ti层或Ag-Cu-Ti层，得到表面含有中间连接层的金属基体；

步骤二中所述的电子束蒸镀气相沉积的工艺参数为：金属基体的温度为0℃～600℃，电子束加速电压为6kV～10kV，电子束束流20mA～200mA，真空室的真空度6.0×10^-2Pa，蒸镀时间为5min～30min；

三、制备陶瓷涂层：

以三氧化二铝颗粒为蒸镀靶材，采用电子束蒸镀气相沉积方法在表面含有中间连接层的金属基体表面沉积三氧化二铝陶瓷涂层，得到表面沉积有中间连接层与三氧化二铝陶瓷涂层的金属基体；

步骤三中所述的电子束蒸镀气相沉积的工艺参数为：金属基体的温度为0℃～600℃，电子束加速电压为6kV～10kV，电子束束流20mA～200mA，真空室的真空度6.0×10^-2Pa，蒸镀时间为0.5h～3h；

四、电子束辐照：

将表面沉积有中间连接层与三氧化二铝陶瓷涂层的金属基体进行电子束辐照，得到复合涂层，即完成一种基于电子束辐照的三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的连接方法；