一种陶瓷制造技术

本发明专利技术属于焊接领域，公开了一种陶瓷

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷/金属复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于焊接领域，本专利技术涉及一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]陶瓷与铜形成的复合材料兼具陶瓷材料优异的力学性能和金属铜的导电性，被广泛应用于功率器件中
。
但陶瓷材料主要由离子键和共价键组成，而铜由金属键组成，陶瓷与金属铜原子结构之间存在本质上的差别，因此陶瓷
/
金属复合材料由于二者的润湿性差导致制备很困难，基本不可能使铜在陶瓷材料表面直接润湿
、
铺展
。
针对这一问题，采用合适的方式将陶瓷与铜结合就显得异常重要
。
[0003]现如今，添加活性金属钎料或将陶瓷表面金属化成为制备陶瓷
/
金属复合材料的两种常见的前处理方式
。
但添加活性金属钎料成本过高；而陶瓷表面金属化的方法主要是物理气相沉积法
、
化学气相沉积法
、
等离子体法等，这些方法耗时较长，也不适合大批量工业生产
。
所以亟需一种快速
、
高效
、
低成本的方法来制备陶瓷
/
金属复合材料
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法，以解决陶瓷与金属润湿性差不易结合
、
制备成本高的问题，通过在陶瓷表面激光金属箔片进行前处理，降低成本；且处理时间短，工艺温度低，操作更安全，最后通过热等静压烧结制备出高结合强度的陶瓷
/
金属复合材料
。
[0005]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法，包括：通过激光扫描标刻在陶瓷表面快速实现金属化，将金属化后的陶瓷与铜通过热等静压烧结制备出陶瓷
/
金属复合材料
。
[0007]进一步的，上述方法具体步骤为：
[0008]S1.
将清洗后的陶瓷基片放到工作台上，在其表面覆盖一层金属箔片，在光纤激光器的激光参数控制软件上绘制出对应的金属化区域的图案，设置激光参数，开始标刻，标刻结束后即完成陶瓷表面金属化
。
[0009]S2.
将金属化后的陶瓷与铜进行放入包套材料中进行真空包套，经过真空包套的样品放入热等静压烧结炉内烧结，使金属化后的陶瓷与铜紧密结合，烧结完成取出，最终制备出陶瓷
/
金属复合材料
。
[0010]进一步的，所述步骤
S1
中的陶瓷可以为
Si3N4、AlN
或其他陶瓷材料中的任一种，厚度为
0.30
～
1.00mm
；金属箔片可以选择铜
、
镍的任一种，厚度为
0.01
～
0.03mm。
[0011]进一步的，所述步骤
S1
的陶瓷基板需分别放入无水乙醇
、
丙酮中各超声清洗
10
分钟，再用去离子水冲洗干净，最后用吹风机吹干
。
[0012]进一步的，所述步骤
S1
的光纤激光器参数控制软件为
EZCad2.5.3。
[0013]进一步的，所述步骤
S1
的金属化区域的图案是根据陶瓷基片的实际尺寸调整设置，可以设置成圆形
、
矩形或其他图形；点击填充按钮，设置扫描线间距
。
[0014]进一步的，所述步骤
S1
的激光参数，其中光纤激光器的功率为
700
～
900W
，扫描速度为
50
～
80mm/s
，扫描间距为
0.03
～
0.05mm。
[0015]进一步的，所述步骤
S2
的包套材料可以选择镍箔
、
钛箔
、
低温刚中的任一种，厚度为
0.1
～
0.15mm
；铜厚度为
0.1
～
5.0mm。
[0016]进一步的，所述步骤
S2
的真空包套是将金属化后的陶瓷与铜放入包套材料中，通过抽真空将真空度降至
10
‑3Pa
以下
。
[0017]进一步的，所述步骤
S2
的热等静压烧结是将包套成功的样品放入热等静压烧结炉中进行烧结，烧结工艺为：
①
以5～
10℃/min
从
25℃
升温至
600
～
700℃
，升压至
80
～
100MPa
，保持
20
～
30min
，后以3～
5℃/min
升至
750
～
900℃
，升压至
120
～
200MPa
；
②
在最高温度
、
最高压力的条件下保持
15
～
30min
；
③
以5～
10℃/min
降至
300
～
400℃
；
④
随炉降至室温
。
[0018]进一步的，所述步骤
S2
的打开炉盖，取出试样，剪去包套即可得到陶瓷
/
金属复合材料
。
[0019]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0020]本专利技术提供的一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法，在陶瓷基片表面覆盖一层金属箔片，进行激光扫描刻蚀，使金属箔片沉积在陶瓷表面实现陶瓷金属化；将其与铜一起进行真空包套，将经过真空包套的样品放入热等静压烧结炉内烧结金属化后的陶瓷与铜紧密结合，制备出陶瓷
/
金属复合材料
。
本专利技术可以应用激光瞬时快速产生大量能量，金属箔片吸收能量，随着激光束沉积到陶瓷表面，由于扫描速度极快，金属颗粒凝聚时间短导致颗粒间出现了粘接现象，因此熔融态的金属覆在陶瓷表面上，有效改善了陶瓷表面的润湿情况
。
很好地缓解金属与陶瓷的润湿性差的问题，显著提高了陶瓷
/
金属复合材料的结合强度
。
[0021]本专利技术提供的制备方法在常温下快速实现了陶瓷表面金属化，改善表面润湿性，降低成本，实现了陶瓷与金属铜的紧密结合，增大陶瓷与铜结合的润湿性，并通过热等静压烧结制备出高结合强度的陶瓷
/
金属复合材料
。
本专利技术优选的实施例，存在约6μ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法，其特征是，通过激光扫描标刻在陶瓷表面快速实现金属化，将金属化后的陶瓷与铜通过热等静压烧结制备出陶瓷
/
金属复合材料
。2.
如权利要求1所述的一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法，其特征是，方法具体步骤为：
S1.
将清洗后的陶瓷基片放到工作台上，在其表面覆盖一层金属箔片，在光纤激光器的激光参数控制软件上绘制出对应的金属化区域的图案，设置激光参数，开始标刻，标刻结束后即完成陶瓷表面金属化；
S2.
将金属化后的陶瓷与铜进行放入包套材料中进行真空包套，经过真空包套的样品放入热等静压烧结炉内烧结使金属化后的陶瓷与铜紧密结合，烧结完成取出，最终制备出陶瓷
/
金属复合材料
。3.
如权利要求2所述的一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法，其特征是，所述步骤
S1
中的陶瓷可以为
Si3N4、AlN
或其他陶瓷材料中的任一种，厚度为
0.30
～
1.00mm
；金属箔片可以选择铜
、
镍的任一种，厚度为
0.01
～
0.03mm。4.
如权利要求3所述的一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法，其特征是，所述步骤
S1
的陶瓷基板需分别放入无水乙醇
、
丙酮中各超声清洗
10
分钟，再用去离子水冲洗干净，最后用吹风机吹干
。5.
如权利要求4所述的一种陶瓷
/
金属复合材料的制备方法，其特征是，所述步骤
S1
的激光参数，其中光纤激光器的功率为
700

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴安，韩霜，罗凌，孙旭东，吕卉，任培，柏小龙，惠宇，孙晶，李彦钊，刘旭东，那兆霖，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：