一种钼银层状复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种钼银层状复合材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：至少将钼基材、与钼有良好固溶性的金属靶材置入真空环境，并通过直流磁控溅射方法，在所述钼基材表面沉积形成金属中间层；至少将表面形成有金属中间层的钼基材、金属银靶材置入真空环境，并通过直流磁控溅射方法，在所述金属中间层表面沉积形成银层；以及对所获的钼基材‑金属中间层‑银层复合结构进行退火处理，从而使组成金属中间层的金属元素连续地扩散入钼基材和银层中。本发明专利技术可成功制备出银/金属中间层/钼层状复合材料，环境友好、工艺稳定性高、可规模化生产；并且所获钼银层状复合材料致密度高，结合强度优异，具有优异的抗氧化腐蚀和抗热疲劳性能。

A molybdenum silver layered composite, its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种钼银层状复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种钼银层状复合材料的制备方法，特别涉及一种银薄膜/金属中间层/钼复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料

技术介绍
空间太阳电池阵互连片材料的抗原子氧和耐热疲劳性能直接影响低轨空间飞行器太阳电池阵高可靠、长寿命安全运行。由于钼具有优良的导电性、极好的耐热性能、高温机械性能、低的热胀系数和高导热系数，使它成为抗热震和热疲劳的天然选择。另外，钼与原子氧的反应速率几乎为零，即钼不受原子氧腐蚀的影响。由于这些特点，钼非常适合于作为航天飞行器太阳电池阵互连片材料。但是纯钼的熔点可达到2620℃，而太阳电池电极为纯银或银镀金材料，其熔点只有1000℃左右。由于熔点不匹配所以两种材料无法形成有效焊接，因此必须将钼和银进行层状复合制备出钼/银复合材料来降低金属钼的表面熔点，使之实现与银的阻熔焊接。钼/银复合材料兼具优异的导电性、可焊性、抗原子氧和耐热疲劳性能，是国外低轨空间飞行器太阳电池阵用最新一代互连片材料。但是钼和银两种元素属于互不固溶体系，很难形成合金物质，制备Mo/Ag层状金属基复合材料的难度很大。目前国内外制备Mo/Ag层状金属基复合材料主要是通过电镀的方法，而直接通过电镀工艺沉积的银层通常结合力不足，银层质量较差。目前业界一般是采用预镀或冲击镀的办法来解决钼电镀困难的问题，即在钼的表面先电镀一层可以与钼形成合金的很薄的金属层(如铬、镍、金、铑、铂等)，经过高温热处理后再进行电镀银。例如CN103681952A公开了一种空间飞行器用钼/铂/银层状金属基复合材料的制备工艺，在钼箔表面依次电镀铂中间层和银层，并经两次高温热处理后制备出钼/铂/银层状金属基复合材料，获得了324gf的焊接强度。专利CN103668368A公开了一种钼/钯/银层状金属基复合材料的制备工艺，用钯做钼箔和银之间的连接层，通过电镀+多道退火工艺制备出钼/钯/银状复合材料，焊接强度达416gf。但是电镀工艺要经多道高温热处理工序，非常繁琐复杂，且强度仍然存在不足。再者，电镀银层有其自身的缺陷，通常电镀涂层呈柱状晶结构，致密性较差，且内部存在着空位、缺陷，在低地球轨道环境中，原子氧可以通过镀层材料的这些缺陷进入到内部对其进行侵蚀，这样长时间缓慢的原子氧侵蚀依然能够对互连片的性能产生严重的破坏。此外，电镀过程中产生的废水、废气和废渣对自然环境和人体健康会造成损害，同时也增加了企业的治污成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种钼银层状复合材料及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。本专利技术的另一目的还在于提供所述钼银层状复合材料的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种钼银层状复合材料的制备方法，其包括：至少将钼基材、与钼有良好固溶性的金属靶材置入真空环境，并通过直流磁控溅射方法，在所述钼基材表面沉积形成金属中间层；至少将表面形成有金属中间层的钼基材、金属银靶材置入真空环境，并通过直流磁控溅射方法，在所述金属中间层表面沉积形成银层；以及对所获的钼基材-金属中间层-银层复合结构进行退火处理，从而使组成所述金属中间层的金属元素连续地扩散入钼基材和银层中。在一些实施例中，所述的制备方法具体包括：将经预处理过的钼基材置于真空腔体内，以与钼有良好固溶性的金属为靶材，以保护性气体为工作气体，预抽真空至5×10-3Pa以下，等离子体处理20～30min，之后开启脉冲直流电源，通过直流磁控溅射方法至少在钼基材表面沉积形成金属中间层。在一些实施例中，所述的制备方法具体包括：在所述金属中间层沉积结束后，以金属银为靶材，以保护性气体为工作气体，开启金属银靶材脉冲直流电源，通过直流磁控溅射方法至少在所述金属中间层表面沉积形成平整致密的银层。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的钼银层状复合材料，包括钼层和银层，还包括金属中间层，所述金属中间层的材质包括与钼有良好固溶性的金属，且所述与钼有良好固溶性的金属至少从所述钼层与银层的结合界面处连续地扩散入钼层和银层中。本专利技术实施例还提供了前述的钼银层状复合材料于制备空间飞行器太阳电池阵互连片材料中的应用。本专利技术实施例还提供了一种空间飞行器太阳电池阵互连片材料，其包括前述的钼银层状复合材料。较之现有技术，本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术提供的钼银层状复合材料的制备方法利用与钼和银均有良好固溶性且价格低廉的铬、镍等金属元素做中间层，可以使中间层分别与钼和银形成牢固的扩散界面，使得原本互不固溶的钼和银通过中间层的连接而形成强结合，同时中间层可以缓解钼和银之间热膨胀系数的差异，松弛界面处的应力，使两者之间的结合力大幅度增强；2)本专利技术提供的钼银层状复合材料的制备方法采用磁控溅射技术，在钼表面依次沉积金属中间层和银层成功制备出银/金属中间层/钼层状复合材料，该方法环境友好、工艺稳定性高、可规模化生产，解决了目前钼箔表面电镀银工艺的镀层不致密、界面结合差、环境不友好等问题；3)传统的电镀工艺在镀金属中间层和银层过程中会带来强酸、强碱、氰化物等有毒物质的环境污染问题，而磁控溅射属于绿色环保镀膜技术，其镀膜过程处于真空状态下，不与水或氢气产生化学变化而生成有害化学物质，全程完全符合环保的规范与诉求，没有治污成本，具有良好的经济效益与社会效益；4)本专利技术提供的钼银层状复合材料致密度高，结合强度优异，具有优异的抗氧化腐蚀和抗热疲劳性能。附图说明图1是本专利技术实施例1中制备的Mo/Cr/Ag层状复合材料的截面SEM结构图。图2是本专利技术实施例1中制备的Mo/Cr/Ag层状复合材料的截面沿深度方向的元素分布谱图。图3是本专利技术实施例1中制备的Mo/Cr/Ag层状复合材料的界面结合强度拉伸测试曲线图。图4是本专利技术对比例1中电镀制备的Mo/Ag复合材料的截面形貌图。图5是本专利技术对比例1中电镀制备的Mo/Ag复合材料的界面结合强度拉伸测试曲线图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。磁控溅射技术作为一种绿色镀膜工艺，具有沉积效率高、膜层致密度高、镀层和基体结合力强、无污染、生产效率高、可批量化生产等优点，已广泛应用于航空航天、电子、材料等领域。基于此，本专利技术在保证互连器材料良好的导电性和抗原子氧性能的基础上，利用与钼和银均有良好固溶性且价格低廉的铬、镍等金属元素做中间层，采用磁控溅射技术代替传统的电镀技术制备钼/铬(镍)/银层状复合材料，使其具有优异的致密度和结合力。概括的讲，本申请的技术方案主要是：首先采用磁控溅射技术，在钼表面沉积一层与钼和银均有良好固溶性的金属中间层(如铬、镍等)，再在金属中间层表面利用磁控溅射技术沉积一层平整致密的银层，最后通过退火处理，促进钼/金属中间层和金属中间层/银两个界面处原子的相互扩散，形成良好的冶金结合。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钼银层状复合材料的制备方法，其特征在于包括：/n至少将钼基材、与钼有良好固溶性的金属靶材置入真空环境，并通过直流磁控溅射方法，在所述钼基材表面沉积形成金属中间层；/n至少将表面形成有金属中间层的钼基材、金属银靶材置入真空环境，并通过直流磁控溅射方法，在所述金属中间层表面沉积形成银层；以及/n对所获的钼基材-金属中间层-银层复合结构进行退火处理，从而使组成所述金属中间层的金属元素连续地扩散入钼基材和银层中。/n

【技术特征摘要】
1.一种钼银层状复合材料的制备方法，其特征在于包括：
至少将钼基材、与钼有良好固溶性的金属靶材置入真空环境，并通过直流磁控溅射方法，在所述钼基材表面沉积形成金属中间层；
至少将表面形成有金属中间层的钼基材、金属银靶材置入真空环境，并通过直流磁控溅射方法，在所述金属中间层表面沉积形成银层；以及
对所获的钼基材-金属中间层-银层复合结构进行退火处理，从而使组成所述金属中间层的金属元素连续地扩散入钼基材和银层中。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：将经预处理过的钼基材置于真空腔体内，以与钼有良好固溶性的金属为靶材，以保护性气体为工作气体，预抽真空至5×10-3Pa以下，等离子体处理20～30min，之后开启脉冲直流电源，通过直流磁控溅射方法至少在钼基材表面沉积形成金属中间层。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，沉积金属中间层时，所述直流磁控溅射方法采用的工艺条件包括：真空腔体内的真空度为小于5×10-3Pa，工作气体气压为0.1～1.0Pa，与钼有良好固溶性的金属靶材功率为500～1000W，基体负偏压为-70～-100V；和/或，所述金属中间层沉积的时间为10～30min。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述与钼有良好固溶性的金属包括铬和/或镍；和/或，所述金属中间层的厚度为200～600nm；和/或，所述与钼有良好固溶性的金属靶材的个数为n，2≤n≤4，并且以基体为中心，优选为对称分布；和/或，所述保护性气体包括惰性气体。


5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于具体包括：在所述金属中间层沉积结束后，以金属银为靶材，以保护性气体为工作气体，开启金属银靶材脉冲直流电源，通过直流磁控溅射方法至少在所述金属中间层表面沉积形成平整致密的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜欣，赵大强，张学东，蒲吉斌，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33