一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟制造技术

本发明专利技术公开了一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟，所述蒸发舟的表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层。首先采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.1~0.3mmAl2O3缓冲层；再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发舟上喷涂制备厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层。本发明专利技术采用复合工艺制备不同微观结构的Al2O3涂层蒸发舟，多孔结构的缓冲层在服役中不但可以起到应力减缓作用，而且还能防止后续喷涂带来的基体氧化问题；而致密、低孔率的Al2O3喷涂层又发挥了优良的耐腐蚀性，可广泛应用于真空蒸镀金属薄膜技术领域。

Internal heat integrated evaporation boat with alumina porous structure buffer layer

The invention discloses a heat type evaporator with integration of porous alumina buffer layer structure, surface coating of the evaporator includes a total of two layers, an inner layer is in a Al2O3 buffer layer is loose and porous structure, the outer layer of corrosion resistance of Al2O3 coating was dense and low porosity. The thickness of 0.1~0.3mmAl2O3 buffer layer on the substrate surface were prepared by spin coating prepared by impregnation process; then the thickness of 0.5~1mm Al2O3 corrosion spraying layer in the evaporator with buffer layer on the plasma spraying technology. The invention adopts the composite preparation technology of Al2O3 coating of different evaporator microstructure, the buffer layer of porous structure in service can not only contribute to the stress effect, but also prevent the oxidation of the substrate and subsequent spraying; low porosity, rate of Al2O3 coating and has excellent corrosion resistance, can be widely used in vacuum evaporation technology in the field of metal film.

【技术实现步骤摘要】
一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟
本专利技术属于真空镀膜
，具体涉及一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟。
技术介绍
电阻加热式蒸发源因其结构简单、安装方便，价格低廉等特点，广泛应用于各个领域，但是也有个缺点即蒸镀的材料范围有限。作为盛装低熔点金属膜材（如Al、Ag、Fe、Ti、Ni等）的具有耐高温、耐金属熔体侵蚀性能和耐热冲击性能，在高真空下条件下导电发热的一种装置，是各种真空热蒸发镀膜设备中最易损耗的核心部件，也是影响金属薄膜性能质量、生产效率及制造成本的关键。电阻加热式蒸发源通常选用高熔点、低蒸汽压、化学和机械性能稳定的难熔金属如W、Mo、Ta或金属间化合物如TiB2-BN或高纯石墨制成箔状源、坩埚或者丝状源，统称为蒸发源。它是利用对电阻加热材料直接通电，使电流通过后产生大量焦耳热而获得高温来熔融金属膜材达到蒸发的作用。实际应用中，金属质蒸发源加热后会变脆而易折断，尤其于高真空下与高温熔融金属（比如Ni，Al）相浸润而发生合金化降低整个材料的熔点更是如此，再者高温铝熔体在真空下十分活泼，流动性极好具有极强的侵蚀性，易腐蚀多种金属导致该类蒸发源使用寿命无法得到保证。这种蒸发源材料与镀膜材料相浸润形成金属合金是破坏金属蒸发源最主要的原因，导致高校的科研试验和企业生产在使用该类金属蒸发源的寿命近乎一次性。许多研究者为了提高各种蒸发源材料的耐腐蚀性、机械性能和使用寿命，已发表了众多专利，一部分集中在对氮化硼合成导电陶瓷蒸发舟的不同材料组分设计，另一部分则集中在对蒸发舟结构形状的改造设计，而对金属质蒸发舟直接进行表面改性或表面防护几乎没有。国际专利（PCT/KR2003/002620）报道了一种在石墨蒸发舟的表面涂布一层含氮化合物和富Al化合物，通过添加催化剂促使Al和氮化物反应，从而形成对金属基体的保护。日本真空株式社（ULVAC）制造的EW系列高真空镀铝设备中，所采用的耐高温铝熔浸蚀的高寿命石墨坩埚内外壁上涂覆树脂，或将其浸入到液态树脂中。然后，加热使树脂固化后，再经高温碳化处理，使树脂分解碳化的工艺方法，成功地制成了再1400℃和10-3Pa下进行高温熔铝的特殊石墨坩埚。因此，开发一种具有耐熔融金属腐蚀、寿命长的新型金属质蒸发舟是各种真空镀膜企业和使用者的研究课题。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的问题和金属质蒸发舟服役过程中与高温熔融金属发生合金化易折断，提供用于一种真空热蒸发镀膜氧化铝涂层钨质蒸发舟。所述钨质蒸发舟表面采用浸渍法和等离子喷涂法复合工艺制备不同微观结构的氧化铝涂层，首先利用浸渍法制备一层薄的多孔疏松状氧化铝缓冲层，不但能避免后续喷涂作业带来的基体氧化问题，而且在实际服役中还能起到应力缓和作用；再采用等离子喷涂技术制备一层厚的低孔率、致密氧化铝涂层，发挥了优良的耐腐蚀性。本专利技术提供的这种钨/氧化铝涂层内热式仿形一体化设计蒸发舟，表面涂层基本满足涂层孔隙率、涂层硬度及其高温性能指标，能够大大提高使用蒸发舟寿命。本专利技术所采用等离子喷涂技术是利用等离子弧作为热源，能将高熔点的氧化物陶瓷等材料加热至熔融或半熔融状态，并以高速喷向工件表面而形成附着牢固的表面防护涂层。用于实现上述目的的技术方案为：一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟，所述蒸发舟的表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层，首先采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.1~0.3mmAl2O3缓冲层，再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发舟上喷涂制备厚度为0.5~1mmAl2O3耐腐蚀层；所述蒸发舟的制备方法包括如下步骤：（1）氧化铝陶瓷浆料的制备：将氧化铝粉末和溶剂以质量比为50~75：20~45的比例混合，并加入氧化铝粉末质量0.1~3%的分散剂、0.1~10%的流变剂和造孔剂羧甲基纤维素、2~10%的粘结剂，于行星球磨机混磨1~2h得到分散均匀、PH值10~11、流动性良好且适合于浸渍挂浆的陶瓷浆料；（2）蒸发舟表面预处理：将蒸发舟基体采用碱洗、浸泡羧甲基纤维素溶液和浸泡硅溶胶溶液中的一种或几种工艺处理，提高基体与陶瓷浆料的润湿性和附着力；其基体材料包括W、Mo、Ta中的一种；（3）旋涂浸渍氧化铝薄层：将步骤（2）中的预处理后蒸发舟浸入氧化铝陶瓷浆料10~30s，旋转提拉至涂层厚度为100~300μm并均匀覆盖，然后置于空气中干燥；（4）烧结：分为低温排胶和高温烧结两个阶段，首先将步骤（3）浸渍后的坯体置于高温箱式炉有氧氛围中、温度25℃~500℃缓慢升温排出有机添加剂，称为“排胶”阶段；然后再将排完胶的坯体置于还原氛围中或真空中的管式炉、温度25℃~1650℃缓慢升温30~50h烧结得到初步制品；（5）等离子喷涂Al2O3耐腐蚀层：将烧成的初步制品超声震荡清洗后，采用大气等离子喷涂技术在氧化铝薄层上制备一层厚度为0.5~1mmAl2O3耐腐蚀层。步骤（1）中的有机添加剂均为分析纯，氧化铝粉末粒度为1.5~45μm。步骤（1）中所述的分散剂包括三乙醇胺、PEI、鱼油，脂肪酸。步骤（1）中所述的溶剂包括乙醇、丙酮、苯、水以及乙醇和丙酮任意体积比的混合溶剂。步骤（1）中所述的粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、PVA、硝化棉。步骤（2）中的预处理液对应为10~20wt%的NaOH溶液，1~5wt%羧甲基纤维素溶液和高浓度硅溶胶溶液。在步骤（3）中，旋涂浸渍采用提拉仪，干燥方式选择自然风干再置于烘干箱50~70℃烘干。在步骤（4）中，低温排胶阶段升温速率2℃/min，在500℃保温2h确保添加剂都能彻底排除；高温烧结阶段1400℃以下升温速率1~2℃/min，1400~1650℃升温速率0.8~1℃/min，于1650℃保温15-60min，整个过程在还原气氛或真空中进行。在步骤（5）中，采用等离子喷涂制备耐腐蚀涂层时，喷涂工艺为：粒度35~45μm氧化铝粉；电弧电压60-70V；喷涂电流600-650A；主气流量45L/min，次气流量7~L/min；喷涂距离80~100mm；送粉量2.0-3.0kg/h。本专利技术采用上述的技术方案，具有以下优点：采用粗粉配制的陶瓷料浆，浸渍制备得到的较薄氧化铝层经不完全烧结留下多孔结构，能防止基体在后续喷涂的氧化问题和增加了实际服役中的应变容限，再结合大气等离子喷涂技术制备的氧化铝涂层，结合强度高、孔隙率低，与高温铝熔体不润湿可确保蒸发舟在实际服役中电阻的一致性，同时具有耐高温、耐金属熔体腐蚀，可大大延长金属蒸发舟的服役寿命，循环使用，降低制造生产成本，可广泛应用于高校科研试验和真空镀膜行业。本专利技术公开了一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟，所述蒸发舟的表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层。首先采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.1~0.3mmAl2O3缓冲层；再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发舟上喷涂制备厚度为0.5~1mmAl2O3耐腐蚀层。本专利技术采用复合工艺制备不同微观结构的Al2O3涂层蒸发舟，多孔结构的缓冲层在服役中不但可以起到应力减缓作用，而且还能防止后续喷涂带来的基体氧化问题；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟，其特征在于，所述蒸发舟的表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层，首先采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.1~0.3mmAl2O3缓冲层，再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发舟上喷涂制备厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层；所述蒸发舟的制备方法包括如下步骤：（1）氧化铝陶瓷浆料的制备：将氧化铝粉末和溶剂以质量比为50~75：20~45的比例混合，并加入氧化铝粉末质量0.1~3%的分散剂、0.1~10%的流变剂和造孔剂羧甲基纤维素、2~10%的粘结剂，于行星球磨机混磨1~2h得到分散均匀、PH值10~11、流动性良好且适合于浸渍挂浆的陶瓷浆料；（2）蒸发舟表面预处理：将蒸发舟基体采用碱洗、浸泡羧甲基纤维素溶液和浸泡硅溶胶溶液中的一种或几种工艺处理，提高基体与陶瓷浆料的润湿性和附着力；其基体材料包括W、Mo、Ta中的一种；（3）旋涂浸渍氧化铝薄层：将步骤（2）中的预处理后蒸发舟浸入氧化铝陶瓷浆料10~30s，旋转提拉至涂层厚度为100~300μm并均匀覆盖，然后置于空气中干燥；（4）烧结：分为低温排胶和高温烧结两个阶段，首先将步骤（3）浸渍后的坯体置于高温箱式炉有氧氛围中、温度25℃~500℃缓慢升温排出有机添加剂，称为“排胶”阶段；然后再将排完胶的坯体置于还原氛围中或真空中的管式炉、温度25℃~1650℃缓慢升温30~50h烧结得到初步制品；（5）等离子喷涂Al2O3耐腐蚀层：将烧成的初步制品超声震荡清洗后，采用大气等离子喷涂技术在氧化铝薄层上制备一层厚度为0.5~1mm Al2O3耐腐蚀层。...

【技术特征摘要】
1.一种具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟，其特征在于，所述蒸发舟的表面涂层总共包括两层，内层呈疏松多孔结构的Al2O3缓冲层，外层为致密、低孔隙率的耐腐蚀Al2O3涂层，首先采用旋涂浸渍工艺在基体表面制备厚度为0.1~0.3mmAl2O3缓冲层，再采用等离子喷涂技术在具有缓冲层的蒸发舟上喷涂制备厚度为0.5~1mmAl2O3耐腐蚀层；所述蒸发舟的制备方法包括如下步骤：（1）氧化铝陶瓷浆料的制备：将氧化铝粉末和溶剂以质量比为50~75：20~45的比例混合，并加入氧化铝粉末质量0.1~3%的分散剂、0.1~10%的流变剂和造孔剂羧甲基纤维素、2~10%的粘结剂，于行星球磨机混磨1~2h得到分散均匀、PH值10~11、流动性良好且适合于浸渍挂浆的陶瓷浆料；（2）蒸发舟表面预处理：将蒸发舟基体采用碱洗、浸泡羧甲基纤维素溶液和浸泡硅溶胶溶液中的一种或几种工艺处理，提高基体与陶瓷浆料的润湿性和附着力；其基体材料包括W、Mo、Ta中的一种；（3）旋涂浸渍氧化铝薄层：将步骤（2）中的预处理后蒸发舟浸入氧化铝陶瓷浆料10~30s，旋转提拉至涂层厚度为100~300μm并均匀覆盖，然后置于空气中干燥；（4）烧结：分为低温排胶和高温烧结两个阶段，首先将步骤（3）浸渍后的坯体置于高温箱式炉有氧氛围中、温度25℃~500℃缓慢升温排出有机添加剂，称为“排胶”阶段；然后再将排完胶的坯体置于还原氛围中或真空中的管式炉、温度25℃~1650℃缓慢升温30~50h烧结得到初步制品；（5）等离子喷涂Al2O3耐腐蚀层：将烧成的初步制品超声震荡清洗后，采用大气等离子喷涂技术在氧化铝薄层上制备一层厚度为0.5~1mmAl2O3耐腐蚀层。2.根据权利要求1所述的具有氧化铝多孔结构缓冲层的内热式一体化蒸发舟，其特征在于，步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，郑钦龙，曾发明，何柯，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35