專利名稱：一種陶瓷及其制備方法、陶瓷復合材料及其制備方法
一種陶瓷及其制備方法、陶瓷復合材料及其制備方法技術領域
本發明屬于陶瓷金屬化領域，涉及一種陶瓷及其制備方法、陶瓷復合材料及其制備方法。
背景技術：
陶瓷用于電路中，必須首先對其金屬化，即在陶瓷表面敷一層與陶瓷粘結牢固而又不易被熔化的金屬，隨后進行蝕刻等制成圖形電路。使得陶瓷表面能夠形成立體的、集機電功能于一體的電路載體。同時，表面具有立體線路的陶瓷器件具有較高的導熱系數和機械強度、較長的使用壽命、較強的耐老化性能等，因此在電子領域將得到廣泛應用。
例如CN1566021A中公開了一種黑色氧化鋯陶瓷的制造方法，主要包括氧化鋯陶瓷粉末，其特征在于氧化鋯陶瓷粉末加工成工件坯，將成形的白色氧化鋯工件坯進行脫蠟、脫脂或進行低溫無保護氣氛素燒處理，再將預處理后的氧化鋯素坯工件在真空的條件下進行高溫燒結，或向已抽真空的爐里充氬氣、氫氣，在保護氣體下進行高溫燒結，燒結時擺放工件的舟要使用石墨材料或在石墨舟上鋪一層石墨紙，擺放好的工件上放石墨板或蓋一層石墨紙。該陶瓷中碳的引入方法需要提供外部碳源進行滲碳，工藝方法傳統且繁瑣，較難控制。并且對該陶瓷進行激光活化比較困難及活化后 進行化學鍍的結合力差。發明內容
本發明為解決現有的陶瓷材料進行激光活化比較困難、與化學鍍層結合力差的技術問題，提供一種容易進行激光活化并且與化學鍍層結合力好的陶瓷及其制備方法、陶瓷復合材料及其制備方法。
本發明提供了一種陶瓷的制備方法，將陶瓷基體、燒結助劑與單質碳混合形成混合物后成型、排膠、燒結；以混合物的總重量為基準，所述單質碳的含量為O. 001-lwt%。
本發明還提供了一種陶瓷，所述陶瓷本發明所述的方法制備得到。
本發明還提供了本發明所述陶瓷表面選擇性金屬化方法，包括以下步驟51、采用能量束輻射陶瓷表面的選定區域，在選定區域形成化學鍍活性中心；52、對經過步驟SI的陶瓷基材表面進行化學鍍，在選定區域形成金屬層。
本發明還提供了一種陶瓷復合材料，所述復合材料包括陶瓷和陶瓷表面選定區域的金屬層；所述陶瓷為本發明所述的陶瓷。
本發明提供的陶瓷材料中含有碳元素，可以改善一般白色陶瓷材料對低功率激光器能量束的吸光性，從而可以直接用低功率激光對其進行圖形化刻蝕活化，然后放入化學鍍液中上鍍，且鍍層金屬與陶瓷材料結合牢固。并且該方法簡單容易控制。
具體實施方式
為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明提供了一種陶瓷的制備方法，該方法包括將陶瓷基體與單質碳混合形成混合物后成型、排膠、燒結；以混合物的總重量為基準，所述單質碳的含量為0.001-lwt%。
本發明提供的陶瓷材料中含有碳元素，可以改善一般陶瓷材料對低功率激光器能量束的吸光性，從而可以直接用低功率激光對其進行圖形化刻蝕活化，然后放入化學鍍液中上鍍，且鍍層金屬與陶瓷材料結合牢固。
優選地，所述單質碳的含量為O. 4-0. 6wt%。含碳在該范圍著色效果較好，且不因含碳過多而影響燒結后陶瓷相關電學性能。
優選地，以混合物的總重量為基準，所述陶瓷基體的含量為95%_99%，所述燒結助劑的含量為O. 4%-4. 6%。陶瓷在95%以上，導熱性及相關電學性能較好，燒結助劑在該范圍能有效的致使陶瓷燒結致密，且不會對其燒結后的各項電學性能有較大影響。
優選地，所述陶瓷基體為Al203、Mg0、Si02、Zr02、Y203，CaO, La2O3, B2O3, BN 中的一種或者上述物質中至少兩種的共燒體。本發明所述的共燒體選用MgAl204、5Y-Zr02、CaZr03、 Mg2SiO4^LaAlO3、CaO (Al2O3)6 中的一種。
所述碳單質沒有特別 的限制，例如常用的石墨、炭黑、碳納米管和金剛石中的至少一種。
為了保證碳單質不被氧化成氣體，優選地，所述排膠是在非氧化條件下，在 575-625 °C 下進行。
為了保證碳單質不被氧化成氣體，優選地，所述燒結是在真空、惰性氣氛或還原性氣氛中進行。
所述燒結助劑為Mg0\Si02\Ca0系玻璃粉、Mg0\Al203\B203\Ca0系玻璃粉、Mg0\ Al203\Si02\Ca0 系玻璃粉、Mg0\Al203\Si02 系玻璃粉、Mg0\Al203\B203 系玻璃粉或者 Y203、 La203、Ca0、Mg0中的至少一種。
本發明還提供了一種陶瓷，該陶瓷有上述方法制備得到。
本發明還提供了一種本發明所述的陶瓷表面選擇性金屬化方法，包括以下步驟51、采用能量束輻射陶瓷表面的選定區域，在選定區域形成化學鍍活性中心；52、對經過步驟SI的陶瓷基材表面進行化學鍍，在選定區域形成金屬層。
優選地，所述所述能量束為激光、電子束或離子束；所述能量束為激光、電子束或離子束；激光能量束的功率密度為IO1-1O9WZcm2 ;電子束輻射的功率密度為Io1-1ollWZcn^ ; 離子束輻射的離子束能量為IO1-1O6eV15
所述激光輻射的條件沒有特別的限制，只要能滿足激光能量束的功率密度為 IO1-1O9WAin^優選地，激光輻射的條件包括激光波長為200-3000nm，功率為5-3000W，頻率為O. l-200KHz，激光走線速度為O. 01-50000mm/s，填充間距O. 01mm-5mm。調節上述各個參數，可以使激光能量束的功率密度在上述范圍內。
本發明還提供了一種陶瓷復合材料，所述復合材料包括陶瓷和陶瓷表面選定區域的金屬層；所述陶瓷為本發明所述的陶瓷。
下面應用實施例對本發明進行進一步的詳細說明。
實施例1(I)制備陶瓷將陶瓷粉體粒徑小于3 μ m的高純Al2O3粉9. 45克，燒結助劑O. 5克(Mg0\Si02\ \CaO 系玻璃粉)；單質碳石墨O. 05克充分混合均勻，然后加入I克濃度為6wt%PVA溶液，研磨造粒；然后采用手動模壓機將造粒后的粉末壓成直徑15mm的坯體，壓力為IOM Pa，將將坯體放入密閉的箱式爐中，在流動的氮氣中排膠，升溫速率為5°C /min，排膠溫度600°C (保溫2h)，冷卻后放入氣氛箱式爐中(氮氣氣氛下)進行燒結，升溫速度為5°C/min，燒結溫度 Ieoo0C (保溫2h)。隨爐冷卻得到陶瓷。
(2)制備陶瓷復合材料將陶瓷放在波長為1064nm的YAG激光器上進行激光能量束輻射，功率為20W，頻率為 50KHz，走線速度為100mm/S，填充間距為O. 05mm。將經過激光輻射后的陶瓷基材放入3wt% 的硫酸溶液清洗2min，之后放入化學鍍銅溶液進行化學鍍lh，最后得到樣品Al。
實施例2按照實施例1的方法制備樣品A2。區別在于陶瓷粉體為ZrO2 9. 4克，燒結助劑O. 5 克(Y2O3);單質碳炭黑粉O.1克。
實施例3按照實施例1的方法制備樣品A3。區別在于陶瓷粉體為BN 9. 45克，燒結溫度為 1500°C，燒結助劑為O. 549克(Y2O3),單質碳碳納米管O. 0001克。
實施例4按照實施例1的方法制備樣品A4。區別在于陶瓷粉體為Y2O3 9. 45克，燒結溫度為 1950°C;燒結助劑為Y2O3 O. 375,MgO O. 125 ;單質碳金剛石粉O. 05克。燒結時是將排膠后的坯體放入真空爐中燒結。
實施例5按照實施例1的方法制備樣品A5。區別在于陶瓷粉體為MgO 9. 4克；燒結助劑為 MgAl2O4Y2O3 O. 375克，MgO O. 125克；單質碳石墨粉、炭黑粉、碳納米管、金剛石粉的混合物，(其摩爾比為1:1:1:1) O.1克。燒結時是將排膠后的坯體放入真空爐中燒結。
實施例6按照實施例1的方法制備樣品A6。區別在于陶瓷粉體為SiO2 9. 45克，燒結溫度為 1550°C，燒結助劑為Y2O3 O. 375克，CaO O. 134克；單質碳金剛石粉O. OOOl克。燒結時是將排膠后的坯體放入真空爐中燒結。
實施例7按照實施例1的方法制備樣品A7。區別在于陶瓷粉體為CaO 9. 5克，燒結溫度為 1550°C;燒結助劑Mg0\Al203\B203\Ca0系玻璃粉O. 45克；單質碳石墨粉O. 05克。燒結時是將排膠后的坯體放入通有5%氫氣的氫氬混合氣爐中燒結。
實施例8按照實施例1的方法制備樣品AS。區別在于陶瓷粉體為La2O3 9. 45克，燒結溫度為 1550°C;燒結助劑Mg0\Al203\Si02系玻璃粉O. 45克；單質碳炭黑粉O.1克。燒結時是將排膠后的坯體放入通有5%氫氣的氫氬混合氣爐中燒結。
實施例9按照實施例1的方法制備樣品A9。區別在于陶瓷粉體為B2O3 9. 45克，燒結溫度為 15000C ;燒結助劑Mg0\Al203\B203\系玻璃粉O. 549克；單質碳碳納米管O. OOOl克。燒結時是將排膠后的坯體放入通有5%氫氣的氫氬混合氣爐中燒結。
實施例10按照實施例1的方法制備樣品A10。區別在于陶瓷粉體為MgAl2O4 9. 45克；燒結助劑 Y2O3 O. 37克，MgO O. 17克；碳單質石墨粉O. 01克。
實施例11按照實施例1的方法制備樣品All。區別在于陶瓷粉體為5Y-Zr029. 45克；燒結助劑 La2O3 O. 375 克，MgO O. 17 克；碳單質炭黑 O. 005 克。
實施例12按照實施例1的方法制備樣品A12。區別在于陶瓷粉體為CaZrO3 9. 45克；燒結助劑 Mg0\Al203\B203\Ca0系玻璃粉O. 53克；碳單質碳納米管O. 02克。
實施例13按照實施例1的方法制備樣品A13。區別在于陶瓷粉體為Mg2SiO4 9. 45克；燒結助劑Mg0\Al203\Si02\Ca0系玻璃粉O. 51克；碳單質金剛石粉O. 04克。
實施例14按照實施例1的方法制備樣品A14。區別在于陶瓷粉體為LaAlO3粉9. 45克；燒結助劑Mg0\Al203\Si02系玻璃粉O. 535克；碳單質石墨粉O. 015克。
實施例15按照實施例1的方法制備樣品A15。區別在于陶瓷粉體為CaO(Al2O3)6 9. 45克；燒結助劑=Y2O3 O. 525克；碳單質石墨粉O. 025克。
對比例I按照實施例1的方法制備樣品DA1。區別在于陶瓷粉料為Al2O3 9. 5克，玻璃粉O. 5 克，不加單質碳。
對比例2按照CN03129087中公開的方法制備黑色氧化鋯陶瓷，陶瓷粉體為ZrO2 9. 45克，玻璃粉O. 5克(Mg0\Si02\ \CaO系玻璃粉)，將陶瓷組合物充分混合均勻，然后加入I克濃度為6wt%PVA溶液,研磨造粒；然后采用手動模壓機將造粒后的粉末壓成直徑15_的還體， 壓力為IOMPa ;然后將坯體上下都墊石墨紙，且放入真空爐中高溫燒結，燒結內壓力不高于 20pa:第一步，用600分鐘從室溫升至1350°C，第二步，在1350°C保溫120分鐘，第三步，用 40分鐘從1350升至1610°C，第四步，在1610°C保溫150分鐘，之后隨路冷卻，得到燒結后成品。之后對燒結后的成品表面，進行鈀液(浸入PdCl2 O. 3g/L+HCl 2ml/L水溶液中)活化 2分鐘，然后再在其上絲印一層圖形化油墨進行選擇性保護，然后再放入與本發明實施例相同化學鍍液中進行化學鍍銅性形成所需圖形，鍍Ih后取出，去除油墨，得到樣品DA2。
測試方法及測試結果1、鍍速鍍速=鍍層厚度/化學鍍時間記錄化學鍍所用的時間及用掃描電鏡測量鍍層厚度，然后根據上述公式計算得到鍍速。
2、附著力測試的標準IS0 2409。
測試步驟使用外科手術刀的刀背或指定的交叉割刀在涂層上劃12道劃痕，兩條刮痕互相成90°角，以便在表面上形成柵格，劃痕的間隔為Imm (如果表面太小可只劃一個叉，即2道劃痕)。確保切割至基體材料。否則，應在新的位置重新切割。沿著劃痕的方向用刷子刷5次。把3M膠帶(600或類似型號)粘在表面上，用指尖將膠帶擦緊，確保與涂層的良好接觸，在5分鐘內從膠帶的自由端起以60°的角度在O. 5 -1秒內將膠帶有規則的揭開撕去膠帶。
接受標準0級和I級接收。對于一個交叉的劃痕不允許交角翹起或變大。
O級切口的邊緣完全平滑，格子的方塊都沒有剝落。
I級剝落受此影響的部分不能明顯大于5%。
2級剝落受此影響的部分明顯大于5%，而不超過15%。
3級剝落受此影響的部分大于15%，而不超過35%。
4級剝落受此影響的部分大于35%，而不超過65%。
表I
權利要求
1.一種陶瓷的制備方法，其特征在于，將陶瓷基體、燒結助劑與單質碳混合形成混合物后成型、排膠、燒結；以混合物的總重量為基準，所述單質碳的含量為0.001-lwt%。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述單質碳的含量為O.4-0. 6wt%。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，以混合物的總重量為基準，所述陶瓷基體的含量為90-99. 998%，所述燒結助劑的含量為O. 001%_9. 999%。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述陶瓷基體為A1203、MgO、SiO2, ZrO2, Y2O3, CaO, La2O3, B2O3和BN中的一種或者上述物質中至少兩種的共燒體。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述單質碳為石墨、炭黑、碳納米管和金剛石中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述排膠是在非氧化條件下，在 575-625 °C 下進行。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述燒結是在真空、惰性氣氛或還原性氣氛中進行。
8.—種陶瓷，其特征在于，由權利要求1所述的方法制備得到。
9.一種權利要求8所述的陶瓷表面選擇性金屬化方法，其特征在于，包括以下步驟S1、采用能量束輻射陶瓷表面的選定區域，在選定區域形成化學鍍活性中心；S2、對經過步驟SI的陶瓷基材表面進行化學鍍，在選定區域形成金屬層。
10.根據權利要求9所述的金屬化方法，其特征在于，所述能量束為激光、電子束或離子束；激光能量束的功率密度為IO1-1O9WAim2 ;電子束輻射的功率密度為IO1-1O11WA^ ’離子束輻射的離子束能量為IO1-1O6eV0
11.一種陶瓷復合材料，其特征在于，所述復合材料包括陶瓷和陶瓷表面選定區域的金屬層；所述陶瓷為權利要求8所述的陶瓷。
全文摘要
本發明提供了一種陶瓷的制備方法，將陶瓷基體、燒結助劑與單質碳混合形成混合物后成型、排膠、燒結；以混合物的總重量為基準，所述單質碳的含量為0.001-1wt%。本發明還提供了由該方法制備得到的陶瓷、對該陶瓷進行表面選擇性金屬化方法及得到的陶瓷復合材料。本發明提供的陶瓷材料中含有碳元素，可以改善一般白色陶瓷材料對低功率激光器能量束的吸光性，從而可以直接用低功率激光對其進行圖形化刻蝕活化，然后放入化學鍍液中上鍍，且鍍層金屬與陶瓷材料結合牢固。并且該方法簡單容易控制。
文檔編號C04B35/48GK103011776SQ20111028865
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月27日 優先權日2011年9月27日
發明者徐強, 林信平, 任永鵬, 張保祥, 王書敏 申請人:比亞迪股份有限公司