[发明专利]一种提高金属对SiC陶瓷润湿性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷表面处理方法，特别是涉及一种提高金属对SiC陶瓷润湿性的方法。

背景技术

碳化硅（SiC）陶瓷具有高硬度、高热导、耐磨蚀、抗热震、抗蠕变、抗氧化、低热膨胀系数等优良的性能，是一种重要的结构功能一体化陶瓷材料，在航空航天、化工石油、机械加工等领域有广泛的应用；但SiC陶瓷的成型方法主要有模压成型和等静压成型，不易制备复杂形状的制品，并且由于其硬度高和脆性大，成品的后续加工也非常困难，因此，很多情况下都需要和金属钎焊连接后一起使用。

SiC陶瓷与金属进行钎焊，需要金属焊料对SiC陶瓷有良好的润湿性，也就是具有较小的接触角，通常应小于30°，这样焊料才能较为容易地通过毛细管力充满焊缝；但一般金属材料对SiC陶瓷对润湿性较差，如银对SiC陶瓷的接触角为110°–140°，钴对SiC陶瓷的接触角为55°–63°，铜对SiC陶瓷的接触角为30°–165°，镍对SiC陶瓷的接触角为36°–86°。 

关于SiC陶瓷材料表面的处理方法，目前应用和研究的主要就是在SiC陶瓷表面形成金属或陶瓷膜层，如中国专利ZL200710035759.3“一种高性能陶瓷表面金属化处理工艺”是通过电镀和烧镍在材料表面形成金属化层；中国专利ZL200410012575.1“表面合金化陶瓷及制备方法”是利用复合靶对陶瓷材料表面进行形成合金化处理；中国专利ZL200510029905.2“SiC陶瓷颗粒表面化学镀铜方法”和 ZL200510029906.7“SiC陶瓷颗粒表面镀钨方法”则是利用化学镀的方法对陶瓷颗粒表面进行化学镀铜和镀钨处理；中国专利ZL200910092748.8“陶瓷与金属的连接方法”在进行陶瓷-金属连接过程中通过将陶瓷浸入铝或铝合金熔液中让陶瓷表面粘附一层铝或铝合金薄膜来对陶瓷材料进行表面处理；然而，这些SiC陶瓷表面形成的金属膜层，要么结合不够紧密，要么后续热加工（如铸造、焊接）或热处理会使陶瓷表面会产生石墨化现象，要么不能应用于高温场合；中国专利ZL201110211637“SiC陶瓷表面处理方法及其用途”是通过在SiC陶瓷表面涂敷TiH₂膏剂，真空热处理后，在SiC陶瓷表面形成一种复合陶瓷层；尽管它具有上述的三种优点，但其对SiC陶瓷表面的金属性（即金属对SiC陶瓷的润湿性）的提高较低。

另外，中国专利ZL200410049770.1“降低磷离子注入(0001)取向的4H-碳化硅电阻率的方法”与本申请的不同在于：（1）它是离子注入磷，而非离子注入金属（Mo）；（2）它涉及一种降低磷离子注入(0001)取向的4H-碳化硅电阻率的方法，而非涉及一种提高SiC陶瓷表面润湿性的方法，（3）它涉及SiC单晶电性能（电阻率）应用领域，而非涉及SiC陶瓷的钎焊及封装领域。

发明内容

本发明提供一种SiC陶瓷表面处理的方法，其目的在于通过在SiC陶瓷表面注入一定剂量的金属离子，改善金属对SiC陶瓷的润湿性。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种提高金属对SiC陶瓷润湿性的方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）SiC陶瓷的磨平、抛光：采用自动研磨机或人工依次经过200#、400#、800#和1200#磨盘或砂纸进行磨平，再采用金刚石抛光膏或抛光剂抛光或进行化学机械抛光。 

（2）SiC陶瓷的清洗：先采用稀碱或稀酸溶液对抛光后的陶瓷试样进行清洗，再用蒸馏水冲洗，然后用无水乙醇或丙酮超声清洗，并吹干或风干。

（3）离子注入Mo：将上述清洗后的SiC陶瓷置于离子注入装置，用Ar离子再次清洗试样30 min，然后注入Mo离子。

一种提高金属对SiC陶瓷润湿性的方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1) SiC陶瓷的磨平、抛光：采用自动研磨机或人工依次经过200#、400#、800#和1200#金刚石磨盘或砂纸进行磨平，然后用金刚石抛光膏（剂）抛光或进行化学机械抛光。

（2）SiC陶瓷的清洗：先采用稀碱或稀酸溶液对抛光后的陶瓷试样进行清洗，再用蒸馏水冲洗，然后用无水乙醇或丙酮超声清洗，并吹干或风干。

（3）离子注入Mo：将上述清洗后的SiC陶瓷置于离子注入装置，用Ar离子再次清洗试样30 min，随后注入Mo离子。

(4) 高温热处理：将离子注入Mo后的SiC陶瓷置于高温真空炉中，抽真空至≤10^-2Pa或再通入高纯Ar，加热到1300–1400℃，保温30–60min，最后冷却至室温，取出。