[发明专利]一种陶瓷表面超声压印金属化的装置及方法

权利要求书

1.一种利用陶瓷表面超声压印金属化的装置进行陶瓷材料表面金属化方法，所述陶瓷表面超声压印金属化的装置由超声系统、加热系统、行走机构组成，其中所述超声系统设有超声波发生器、换能器、传振杆、聚能器和焊头，其中换能器、传振杆、聚能器和焊头构成的组合体经夹具固定于行走机构中的机械手臂上，超声波发生器通过换能器将电信号转化为机械振动，经传振杆、聚能器传递到焊头并作用于待金属化母材表面；

所述加热系统设有热板、热板温控模块、焊头加热线圈、加热线圈温控模块，其中热板温控模块与热板相连，焊头加热线圈设置在焊头外侧，加热线圈温控模块与焊头加热线圈相连接；

所述超声波发生器的超声波功率为0-3000W，超声频率为20-120KHz，针对需要金属化较小的区域时，焊头为圆棒状，直径为1-10mm，长度50-150mm；针对需要金属化较大的区域时，焊头主体为圆棒状，焊头主体前端具有端部放大部，焊头主体的直径为2-10mm，长度50-150mm，焊头的端部放大部为直径为4-50mm的圆形；

其特征在于进行陶瓷材料表面金属化方法由以下步骤组成：

步骤1：将母材进行打磨、清洗、烘干备用；

步骤2：采用夹具将母材固定于热板上，金属化材料通过送丝或送粉的方式，或直接预制于待金属化材料表面上，或将金属化材料预制于焊头端面，通过加热系统对其进行加热并使金属化材料熔化，焊头加热至略高于金属化材料实际温度后，压入熔融态金属化材料中，并按照预设轨迹移动，同时施加超声作用；

步骤3：将焊头移出待金属化材料表面，停止加热和超声作用，对试样进行冷却，即可获得表面金属化的材料。

2.根据权利要求1所述的一种利用陶瓷表面超声压印金属化的装置进行陶瓷材料表面金属化方法，其特征在于步骤1中，母材的形状为片状、块状或不规则的圆弧状，首先采用砂纸或金刚石磨盘对母材表面进行打磨，然后将其先后置于橙油和丙酮溶液中超声分别清洗3-10min，再置于干燥箱进行烘干，温度为120℃-250℃，时间为1h-5h，冷却后置于干燥箱中备用。

3.根据权利要求1所述的一种利用陶瓷表面超声压印金属化的装置进行陶瓷材料表面金属化方法，其特征在于步骤2中，所述的行走机构控制焊头对待金属化材料表面施加的压力范围为0-1Mpa；待金属化区域宽度小于或等于焊头端部直径时，采用单层超声压印方式，工艺过程中，所述的行走机构控制焊头移动速率范围为0-10mm/s，待金属化区域宽度大于焊头端部直径时，采用多层超声压印方式，即在工艺过程中，焊头工作面逐行扫描待金属化表面，所述的行走机构控制焊头移动速率范围为0-10mm/s。

4.根据权利要求1所述的一种利用陶瓷表面超声压印金属化的装置进行陶瓷材料表面金属化方法，其特征在于步骤3中，待超声作用结束后，焊头脱离母材表面，停止加热，试样及其夹具进行冷却，冷却速率为2℃/min-10℃/min，冷却至室温，将试样从夹具中取下。

5.根据权利要求1所述的一种利用陶瓷表面超声压印金属化的装置进行陶瓷材料表面金属化方法，其特征在于，所述陶瓷表面超声压印金属化的装置中的行走机构设有用于控制焊头移动的机械手臂以及机械手臂的控制机构；还设有用于固定待金属化材料的夹具，夹具置于热板上。

6.根据权利要求1所述的一种利用陶瓷表面超声压印金属化的装置进行陶瓷材料表面金属化方法，其特征在于所述陶瓷表面超声压印金属化的装置中，焊头采用铆接或焊接方式固定于聚能器，保证焊头与聚能器不发生相对运动；或者焊头采取螺钉紧固方式固定于聚能器上，接触面要求平整光洁，以保证超声能量的传递效率。

7.根据权利要求1所述的一种利用陶瓷表面超声压印金属化的装置进行陶瓷材料表面金属化方法，其特征在于所述陶瓷表面超声压印金属化的装置中热板和焊头加热线圈的工作温度范围为室温至1000℃；所述热板采用的加热方式为电阻加热或电磁感应加热；加热线圈的加热方式为电磁感应线圈或电阻加热线圈。