[发明专利]一种Al/AlN复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Al/AlN复合涂层及其制备方法。该Al/AlN复合涂层的制备方法：在氧气含量小于200ppm的环境中，采用高功率等离子喷枪喷涂纯Al粉，以N₂作为等离子工作气体和反应气体，通过高温高速射流实现Al粉熔融或气化和N₂离化，最终在基板沉积上Al/AlN复合涂层。本发明可以通过控制纯Al粉末的粒径尺寸、调节N₂含量和喷涂功率控制复合涂层中Al/AlN比，实现涂层的性能调控。本发明工艺简单，沉积效率高，适用于大面积快速喷涂厚Al/AlN复合涂层。

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，且特别涉及一种Al/AlN复合涂层及其制备方法。

背景技术

AlN作为一种类金刚石氮化物，具有高热导率、高强度、低密度、低膨胀系数等特点，AlN陶瓷在太阳能电池、半导体装置、电路基板、密封装置、研磨介质等场合具有广泛的应用前景。为了改善AlN脆性大的缺点，通常往AlN中引入高热机械性能的金属Al相，形成复合相。

目前，国内外制备Al/AlN复合材料的方法主要有两种：一种是高温烧结，将氧化铝和碳在N₂环境中高温烧制或直接氮化金属铝来制备，该方法容易引入碳或氧化铝杂质，且不易与基板复合使用；另一种方法是物理或化学气相沉积，一般采用磁控溅射工艺直接在基板上制备Al/AlN涂层，该方法可制备纯净、致密的Al/AlN涂层，但其沉积效率低，难以沉积厚涂层，这会降低Al/AlN材料的性能。为了提高Al/AlN复合涂层沉积效率，一些研究者尝试使用大气等离子喷涂工艺制备直接喷涂AlN粉末制备Al/AlN复合厚涂层，但是喷涂得到的涂层性能不达标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Al/AlN复合涂层及其制备方法，克服了目前沉积效率低，难以沉积厚涂层，并且Al/AlN材料易被氧化而造成的性能下降的缺陷，提供一种Al/AlN复合涂层及其制备方法。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种Al/AlN复合涂层的制备方法，包括以下步骤：采用超低压等离子喷涂方法，在氧气含量小于200ppm的环境中，通过等离子喷枪使Al粉熔融或气化和N₂离化并促使两者反应。

本发明还提供一种根据上述的制备方法制得的Al/AlN复合涂层，优选的，Al/AlN复合涂层的厚度为5～200μm。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种Al/AlN复合涂层及其制备方法，该方法可以简单高效、低成本地制备厚Al/AlN复合涂层。此外，采用该方法可以通过调节工艺参数控制复合涂层中Al/AlN比，来实现涂层性能调控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中提供的Al/AlN复合涂层制备平台示意图；

图2为本发明实施例1中制备的Al/AlN涂层截面形貌图；

图3为本发明实施例2中制备的Al/AlN涂层截面形貌图；

图4为本发明实施例1和2中Al/AlN涂层的XRD图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。