[发明专利]一种快速制备超薄陶瓷片的方法

说明书

本发明涉及一种快速制备超薄陶瓷片的方法，该方法利用激光化学气相沉积技术以相应的金属有机源作为前驱体原料，通过激光的活化作用在特定基板上沉积均匀的陶瓷层，然后通过烧蚀或研磨等手段将基板与制得的陶瓷层分离，最终得到单一、高致密的超薄特种陶瓷片。该方法不仅大幅降低了陶瓷片的烧结温度、有助于减少能耗，而且后处理程序简单、生产周期短、成本较低，在工业化生产方面具有巨大应用前景。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种快速制备超薄陶瓷片的方法。

背景技术

特种陶瓷是指具有特殊力学、物理或化学性能的陶瓷，其已广泛应用于各种现代工业和尖端科学技术中。特种陶瓷通常具有一种或多种功能，如电、磁、光、热、声、化学、生物等单一功能以及压电、热电、电光、声光、磁光等耦合功能，因此特种陶瓷成为了航空航天、能源、机械、电子信息和生物工程等尖端技术的基石。在二十一世纪的科学技术发展中，关于特种陶瓷方面的研究已占据十分重要的地位。

制备特种陶瓷所用到的原料和生产工艺技术与普通陶瓷有较大的不同，尤其是超薄特种陶瓷片的制备。现有技术中通常采用以下步骤制备特定厚度的超薄特种陶瓷：①制备原料粉体；②由原料粉体制备成型胚体；③高温烧结得到陶瓷制品；④磨削加工得到超薄特种陶瓷。上述方法虽然工艺较为简单，但是通常需要很高的烧结温度，设备和模具的费用较高，在高温烧结过程中难以获得成分单一的陶瓷制品，且表面及内部缺陷较多，晶粒较大，严重影响其性能。后期需要工艺复杂、耗时长、操作困难的磨削加工处理，并且在打磨过程中陶瓷制品容易断裂，导致整体制备成本较高。

激光化学气相沉积(Laser chemical vapor deposition，LCVD)技术是在传统化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)技术上发展起来的，该技术以激光为辅助，通过激发气相物质分解和反应，从而在基板上快速沉积高质量的薄膜。LCVD使用的激光具备高能量密度及强方向性的特性，因此其具有以下优势：①制备的薄膜与基材结合更牢固，薄膜不易脱落；②沉积速率更快，LCVD沉积速率可达数百甚至数千微米/小时；③升温速率快，对基材性能损失小，变形度也小；④由于反应只发生在激光照射区域内，因此薄膜成分单一、纯度高、质量好；⑤沉积的薄膜均匀、平整；⑥反应室无需预加热,且沉积后处理工艺简单,可节约成本；⑦由于激光垂直照射在薄膜生长面上，因此薄膜受热均匀，沉积薄膜在500微米以上时仍然可以保持较好的生长情况，缺陷相对较少。

现阶段使用LCVD或CVD技术制备特种陶瓷薄膜的文献报道有很多。宋武林等人在《激光化学气相沉积TiC、TiN类陶瓷薄膜概况》中提到利用LCVD技术制备TiC、TiN类陶瓷薄膜的优势及LCVD技术的发展前景；孙红等人在《激光在化学气相沉积陶瓷膜中的应用》中概述了目前LCVD在制备陶瓷膜方面的广泛应用，其中使用的基板有金属、二氧化硅和单晶硅材料，并在这些基板上快速沉积了特种陶瓷薄膜，如AlN、TiC、BN等。综合来看，目前普遍是将通过LVCD技术制备的陶瓷薄膜与对应的基板结合在一起作为功能层使用，并没有直接得到完整、单一超薄陶瓷片的相关报道。

本发明使用LCVD技术首先在基板上沉积一层特种陶瓷薄膜并精确控制薄膜厚度，再通过特定技术手段(烧蚀或研磨等)将基板与特种陶瓷膜分离，从而得到了完整、成分单一的超薄特种陶瓷片。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于LCVD技术快速制备超薄特种陶瓷片的方法。该方法操作简单、效率高，制得的特种陶瓷片厚度薄、致密性高、无气孔、性能优异。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种快速制备超薄特种陶瓷片的方法，包括以下步骤：

(a)将洗净、干燥后的基板放置在激光化学气相沉积装置的加热台上，然后抽真空并预热基板；

(b)调整激光化学气相沉积装置的沉积参数，在基板上沉积特种陶瓷层；