阅读说明：本技术 一种陶瓷基体表面处理方法 (Ceramic matrix surface treatment method ) 是由 卢静 汤烈明 解路 李挺 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种陶瓷基体表面处理方法,将所需成分的固态粉末混合后,利用一定温度和压力的高能气体将混合粉末加热和加速,使粉末颗粒以熔化、熔融或全固态的形式撞击陶瓷基体,在其表面形成表面层,本发明提供的陶瓷基体表面处理方法,采用固体粉末混合物代替传统的浆料,避免传统浆料配置过程中的分散性、黏度、流动性等问题；采用一定压力和温度的高能气体对粉末进行加热和加速,使其撞击基体形成涂层,代替传统的浆料涂覆、固化、烧结等工艺,可以大量减少传统浆料烧结方法的工序,提高制备效率,且表面层结合稳固、组织结构可控、厚度可控。(The invention provides a ceramic matrix surface treatment method, which comprises the steps of mixing solid powder of required components, heating and accelerating the mixed powder by using high-energy gas with certain temperature and pressure, so that powder particles impact a ceramic matrix in a melting, melting or full-solid mode, and a surface layer is formed on the surface of the ceramic matrix; the powder is heated and accelerated by high-energy gas with certain pressure and temperature to impact a substrate to form a coating, the traditional slurry coating, curing, sintering and other processes are replaced, the procedures of the traditional slurry sintering method can be greatly reduced, the preparation efficiency is improved, and the surface layer is firmly combined, the tissue structure is controllable, and the thickness is controllable.)

一种陶瓷基体表面处理方法

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，特别涉及一种陶瓷基体表面处理方法。

背景技术

目前，在陶瓷釉层涂覆烧结、电子浆料烧结、陶瓷过滤膜浆料烧结等工业生产过程中，常采取溶胶浸渍提拉加烧结、旋涂加烧结、湿法喷涂加烧结等技术。这些技术的共同关键工艺为浆料烧结。浆料烧结涉及的过程包括：浆料配置、涂覆、固化、烧结等，这些过程存在一些难以避免的缺点，包括：

(1)浆料配置过程需加入分散剂、缓凝剂等物质，以控制浆料的流动性、分散性、黏度等性质。如果成分、含量配置不当，则导致浆料流动性差、覆盖不均匀等问题。所以对浆料的配置要求较高。

(2)浆料配置过程对环境要求较高。例如夏天湿度较大，如大于30％，则难以配置合格的浆料。

(3)浆料的烧结温度达到500℃甚至1000℃以上，会导致浆料中的部分物质发生相变等不利转变。

(4)浆料的多层涂覆固化和烧结过程中，容易产生因热应力和不均匀导致的龟裂和大孔洞等缺陷。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种可代替现有浆料烧结的陶瓷基体表面处理方法。

一种陶瓷基体表面处理方法，包括下述步骤：

将无机粉末颗粒混合，所述无机粉末颗粒包括Ag、Al₂O₃、SiO₂、CaO及ZrO₂中的至少一种；

对所述陶瓷基体进行处理；

将混合后的无机粉末颗粒喷涂至基体表面，形成表面层。

在其中一些实施例中，所述无机粉末颗粒的粒度为1～200μm。

在其中一些实施例中，所述无机粉末颗粒还包括CaO和/或ZrO₂，所述Al₂O₃的含量为5～80wt.％，SiO₂的含量为5～80wt.％，Ag的含量为0～20wt.％，CaO的含量为0～20wt.％，ZrO2含量为0～40wt.％。

在其中一些实施例中，所述无机粉末颗粒还包括K₂O、TiO₂和Na₂O，所述SiO₂含量为70.11wt.％，所述Al₂O₃含量为20.14wt.％，所述K₂O含量为2.87wt.％，所述CaO含量为0.49wt.％，其余为TiO₂和Na₂O；或所述无机粉末颗粒还包括K₂O、TiO₂和Na₂O，SiO₂含量为64wt.％，Al₂O₃含量为10.51wt.％，K₂O含量为2.76wt.％，CaO含量为11.5wt.％，其余为ZrO₂、TiO₂和Na₂O；或所述无机粉末颗粒还包括K₂O、TiO₂和Na₂O，SiO₂含量为72.89wt.％，Al₂O₃含量为13.17wt.％，K₂O含量为5.83wt.％，CaO含量为0.58wt.％，其余为ZrO₂、TiO₂和Na₂O。

在其中一些实施例中，对所述陶瓷基体进行处理的方式包括水洗、酸碱腐蚀、敏化或粗化。

在其中一些实施例中，在将混合后的无机粉末颗粒喷涂至基体表面，形成表面层的步骤中，所述喷涂为等离子喷涂、超音速火焰喷涂或冷气动力喷涂。

在其中一些实施例中，在将混合后的无机粉末颗粒喷涂至基体表面，形成表面层的步骤中，粉末输送方式为固态输送或悬浮液方式输送。

在其中一些实施例中，所述喷涂的压力为0.2～5MPa，喷涂温度为室温至1000℃，喷涂距离为10～300mm。

在其中一些实施例中，所述表面层的厚度为0.02mm～50mm。

上述陶瓷基体表面处理方法，将所需成分的固态粉末混合后，利用一定温度和压力的高能气体将混合粉末加热和加速，使粉末颗粒以熔化、熔融或全固态的形式撞击陶瓷基体，在其表面形成表面层，本发明提供的陶瓷基体表面处理方法，采用固体粉末混合物代替传统的浆料，避免传统浆料配置过程中的分散性、黏度、流动性等问题；采用一定压力和温度的高能气体对粉末进行加热和加速，使其撞击基体形成涂层，代替传统的浆料涂覆、固化、烧结等工艺，可以大量减少传统浆料烧结方法的工序，提高制备效率，且表面层结合稳固、组织结构可控、厚度可控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施方式的陶瓷基体表面处理方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，一实施方式的陶瓷基体表面处理方法100，包括下述步骤：

步骤S110：将无机粉末颗粒混合，所述无机粉末颗粒包括Ag、Al₂O₃、SiO₂、CaO及ZrO₂中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述无机粉末颗粒的粒度为1～200μm。

在其中一些实施例中，所述无机粉末颗粒还包括CaO和/或ZrO₂，所述Al₂O₃的含量为5～80wt.％，SiO₂的含量为5～80wt.％，Ag的含量为0～20wt.％，CaO的含量为0～20wt.％，ZrO2含量为0～40wt.％。

在一些较佳的实施例中，所述无机粉末颗粒还包括K₂O、TiO₂和Na₂O，所述SiO₂含量为70.11wt.％，所述Al₂O₃含量为20.14wt.％，所述K₂O含量为2.87wt.％，所述CaO含量为0.49wt.％，其余为TiO₂和Na₂O；或所述无机粉末颗粒还包括K₂O、TiO₂和Na₂O，SiO₂含量为64wt.％，Al₂O₃含量为10.51wt.％，K₂O含量为2.76wt.％，CaO含量为11.5wt.％，其余为ZrO₂、TiO₂和Na₂O；或所述无机粉末颗粒还包括K₂O、TiO₂和Na₂O，SiO₂含量为72.89wt.％，Al₂O₃含量为13.17wt.％，K₂O含量为5.83wt.％，CaO含量为0.58wt.％，其余为ZrO₂、TiO₂和Na₂O。

可以理解，上述无机粉末颗粒混合方式可以为简单机械混合和球磨混合等。

本发明上述实施例采用固体粉末混合物代替传统的浆料作为原材料，避免传统浆料配置过程中的分散性、黏度、流动性等问题。

步骤S120：对所述陶瓷基体进行处理。

在其中一些实施例中，对所述陶瓷基体进行处理的方式包括水洗、酸碱腐蚀、敏化或粗化。

可以理解，本发明提供的基体为陶瓷坯体，而实际中基体还可以包括电子器件、汽车工业零件等需要涂覆表面层的样件。

步骤S130：将混合后的无机粉末颗粒喷涂至基体表面，形成表面层。

在其中一些实施例中，在将混合后的无机粉末颗粒喷涂至基体表面，形成表面层的步骤中，所述喷涂为等离子喷涂、超音速火焰喷涂或冷气动力喷涂。

在其中一些实施例中，在将混合后的无机粉末颗粒喷涂至基体表面，形成表面层的步骤中，粉末输送方式为固态输送或悬浮液方式输送。

在其中一些实施例中，所述喷涂的压力为0.2～5MPa，喷涂温度为室温至1000℃，喷涂距离为10～300mm。

在其中一些实施例中，所述表面层的厚度为0.02mm～50mm。

本发明上述实施例采用一定压力和温度的高能气体对粉末进行加热和加速，使其撞击基体形成涂层，代替传统的浆料涂覆、固化、烧结等工艺，特别针对陶瓷釉料烧结和陶瓷浆料涂覆烧结，可以大量减少传统浆料烧结方法的工序，提高制备效率。

本发明制备得到的表面层，结合稳固、组织结构可控、厚度可控。

以下为具体实施例部分：

实施例1：

本实施例中，先将不同成分的无机粉末颗粒混合。其中，粉末配方(wt.％)为：51％SiO₂,23％Al₂O₃，12％CaO,0.8％MgO,0.5％K₂O,2％Na₂O，剩余为ZrO₂。粒度分布范围为50～75μm，混合方式为球磨混合。然后对基体进行处理。其中，基体为陶瓷坯体，处理方式为水洗、酸碱腐蚀处理。最后，采用喷涂技术，将混合好的粉末喷涂至基体表面，形成表面层。其中，喷涂技术为等离子喷涂，功率为30kW，粉末输送方式为固态输送，喷涂距离为100mm。最终形成的表面层厚度为0.3mm。

实施例2：

本实施例中，先将不同成分的无机粉末颗粒混合。其中，粉末配方(wt.％)为：40％SiO₂,25％Al₂O₃，10％CaO,2％MgO,剩余为TiO₂。粒度分布范围为15～45μm，混合方式为简单机械混合。然后对基体进行处理。其中，基体为陶瓷坯体，处理方式为水洗、酸碱腐蚀处理。最后，采用喷涂技术，将混合好的粉末喷涂至基体表面，形成表面层。其中，喷涂技术为超音速火焰喷涂，丙烷压力0.6-0.7MPa，流量为65-88L/min，氧气压力为1.2MPa，流量为280-300L/min，粉末输送方式为固态输送，喷涂距离为150mm。最终形成的表面层厚度为0.4mm。

实施例3：

本实施例中，先将不同成分的无机粉末颗粒混合。其中，粉末配方(wt.％)为：20％Pt，40％SiO₂,25％Al₂O₃，15％TiO₂。粒度分布范围为15～45μm，混合方式为球磨混合。然后对基体进行处理。其中，基体为氧化铝基片，处理方式为水洗、酸碱腐蚀处理。最后，采用喷涂技术，将混合好的粉末喷涂至基体表面，形成表面层。其中，喷涂技术为冷气动力喷涂，气体压力为3MPa，气体温度为600℃，粉末输送方式为固态输送，喷涂距离为20mm。最终形成的表面层厚度为0.1mm。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。