一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法，具體說，是涉及一種可實現將粉體材料表面改性使其成為一種新的具備不同特性材料的粉體材料。同時也可在不改變原粉體材質基礎上對粉體表面進行微刻蝕和微滲透、使其表面物理、化學特性發生改變，而獲得擁有多種復合功能的粉體材料、擴大其技術性應用范圍，屬復合材料科技應用領域。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的不斷發展，對各種材料的單一特性已不能滿足產品的使用要求，越趨向于要求材料向復合材料特性上發展，并且使用大量跨領域的技術來提升材料特性，特別是近幾年微米、納米尺寸的粉體材料得到大量開發和應用，普遍存在一個問題是材料特性單一，并且在改性上只是一些簡單的粉末表面鍍金屬、工藝有化學鍍或簡單的磁控濺射鍍金屬、部分使用化學氣相沉積CVD工藝，在專利CN101082120B和CN103668112A中均提到上述粉末改性工藝、主要重點在如何獲得均勻鍍膜及設備結構上，從根本上沒有在粉體表面和微結構上進行改性和其它特性材料的微滲透，因此對粉體材料的改性和應用只是局限于一種表面物理加工，依然不能滿足微米、納米粉體的材料應用要求。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的上述問題和市場需求，本發明的目的是提供料一種可實現對納米和微米級粉體的表面改性方法、使改性后的粉體具備復合功能。
[0004]為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下:
[0005]一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法，該方法為在真空環境條件下、使用一種等離子體沉積工藝或多種等離子體沉積組合工藝或化學氣相沉積工藝、將一種或多種特性材料沉積于放置在一工作平臺上的一種或多種粉體材料表面，或利用一種或多種氣體組合以等離子體形態對一種或多種粉體材料表面進行微刻蝕。
[0006]作為一種優選方案，所述的等離子體沉積工藝為直流磁控濺射、中頻磁控濺射、射頻磁控濺射、復合磁控濺射、含磁過濾沉積結構的多弧復合離子鍍膜、ECR-CVD電子回旋化學氣相沉積或高能離子束濺射沉積，所述的多種等離子體沉積組合工藝為直流磁控濺射、中頻磁控濺射、射頻磁控濺射、復合磁控濺射、含磁過濾沉積結構的多弧復合離子鍍膜、ECR-CVD電子回旋化學氣相沉積和高能離子束濺射沉積中的至少兩種方式組合，所述的化學氣相沉積為PECVD等離子體增強化學氣相沉積、M0CVD有機金屬化學氣相沉積和ALD原子層沉積中的一種或多種沉積方式組合。
[0007]作為進一步優選方案，所述的對粉體材料表面進行微刻蝕為利用反應離子刻蝕RIE或復合離子束物理刻蝕IBE方式或物理化學反應離子刻蝕CIBE工藝進行的加工工藝。
[0008]作為進一步優選方案，所述的特性材料是Ti02、SiC、TiC、TiCN、TiN、TiAIN、ZrN、AIN、CrN、CrC、TiCxNy、T1xNy, Ag、Cu、Al、Zn、Mg、T1、Cr、N1、Co、Sn、Au、S1、C、DLC 金屬及稀有貴金屬或它們的合金體，各種鐵基、鎳基、鈷基非晶態材料，A1203、V02、Ta205、Si02、ZrO金屬氧化物、MOCVD生長的GaN、InGaAsP、InAlGaAsP、InP晶體中的任意一種或多種。
[0009]作為進一步優選方案，所述的利用一種或多種氣體組合以等離子體形態對一種或多種粉體材料表面進行微刻蝕，其氣體是Ar、02、N2、C12、CC14、BC13、SF6、HF、BrH、HC1、CF4、CHF3。
[0010]作為更進一步優選方案，放置在所述的工作平臺上的一種或多種粉體材料，其粉體型態為規則圓球、多邊立方體、自然晶體結構、無規則立方粉體，其粒徑大小從2納米至2毫米之間。
[0011]作為進一步優選方案，所述的粉體材料是各種有色金屬、合金、非晶態材料或各種非金屬材料如金剛石粉體、碳化硅粉體、氧化鈰、各種半導體晶體粉體、石墨、石墨烯等結構粉體。
[0012]作為更進一步優選方案，所述的工作平臺為帶有3D方向高頻微振動、冷卻和加熱功能的平臺、所述的3D方向高頻微振動的微振頻率從0Hz至1MHz，所述的平臺為氦氣氣墊式平臺，所述的平臺表面溫度從能夠在-18度至1000度之間調節、所述的平臺采用氦氣密封傳導方式使粉體表面均勻受冷或熱。
[0013]作為進一步優選方案，所述的粉體加入預處理后的粉體卷材或片材方式、以單片或連續方式對粉體材料表面進行改性，或選用連續真空條件下超聲波微振動方式將粉體真空微霧化經靜電吸附方式將粉體吸咐到連續涂有微粘合涂層上得到均勻分布的粉體松散立體薄層，或將此粉體形態直接加入至改性工作區域內的工作平臺上。
[0014]作為進一步優選方案，所述的將一種或多種特性材料沉積于粉體材料表面，其沉積厚度為lnm至3um ;所述的用一種或多種氣體組合以等離子體形態對粉體表面進行刻蝕，其刻蝕深度從2nm至3um。
[0015]上述多功能復合材料可應用于制作如金剛石表面改性使其獲得蜂窩結構、在應用上將提升金剛石研磨液的研磨效率，碳化硅表面接枝非晶態材料作為導磁涂料中的添加助劑、也可提升涂層材料的耐磨和耐腐蝕性能，半導體晶體材料接枝其它晶體材料得到各種光電特性材料，最特殊的是利用粉體表面改性工藝、能高效地將納米石墨烯粉體應用到電池或儲能電容電極上。
[0016]與現有技術相比，本發明具有如下積極效果:
[0017]1)本發明針對現有技術存在的上述問題和市場需求，提供一種可實現對納米和微米級粉體的表面改性方法、使改性后的粉體具備復合功能。如提升材料表面比表面積、改變材料表面形狀將平面變蜂窩結構、屏蔽電磁波輻射用功能性粉體添加劑，耐候、耐磨、自清潔涂料助劑，或在粉體表面進行物理化學滲透各種功能性基團的接枝等多功能的復合材料及其應用，用途極為廣泛，能滿足當下社會對材料的多種功能需求，具有實用價值。
[0018]2)本發明提供的一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法，為納米或微米粉體的應用提供了一種手段，解決了納米或微米粉體的分散、粉體使用工藝之間的轉移，粉體薄膜的制造和應用。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明提供的一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法，改性工藝結構不意圖(一)；
[0020]圖2為本發明提供的一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法，連續卷材進料粉體表面改性工藝結構示意圖(二)；
[0021]圖3為本發明提供的一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法，連續片材進料粉體表面改性工藝結構示意圖(三)；
[0022]圖4為本發明提供的一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法，連續片材進料粉體表面MOCVD、PECVD、ALD改性工藝結構示意圖(四)；
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細、完整地說明。
[0024]如圖1所示:本發明提供的一種用等離子體對粉體材料表面改性的方法，
[0025]實施例1
[0026]本實施例以所制備的碳化硅表面金屬化改性如下:
[0027]選用表面清潔處理的碳化硅粉體、其粒徑在5微米左右并烘干放置于圖示1中超聲玻霧化器儲料器7中，改性用金屬靶5為鎳和鈦組成、并使用輔助微刻蝕離子源1和示圖2中的17粉末靜電吸附帶系統、來承載和傳輸改性用粉體。
[0028]所述碳化硅表面金屬化改性包括如下步驟:
[0029]—、碳化娃粉體均勻分散和制膜處理
[0030]在20um厚度的鋁膜上先涂布一層低粘性的靜電粘合涂層并用防粘隔離紙將其卷成示圖2中的卷材14，在粉體改性系統中完成圖示2中的16、17、19、21的布局，同時在超聲波霧化器中加入500克5微米的碳化硅粉體、同時引入靜電吸附帶17。
[0031]當真空達到2xlOE_2Pa時、開起超聲波霧化粉體磁控靜電吸附系統7和17使碳化硅粉體均勻分散在靜電吸附帶上并受到低粘性的靜電粘合涂層吸附，通過調節超聲霧化功率從50w至500w之間、時間5秒至200秒以及靜電吸附電壓從50KV到100KV來控制粉體吸附均勻度和密度。
[0032]二、粉體表面改性處理
[0033]當完成粉體成膜后用光纖顯微鏡觀察其表面狀態、合格后移動靜電吸附帶17至圖示一中的9位置并且對其進行加熱溫度從25度至180度可調、將反應室抽真空至2X10 3Pa，以CF4+02作為輔助離子源圖示一中1、反應氣體對碳化硅表面進行微刻蝕，反應増強氣體的流量比CF4:02 = 8:2，氣體壓強為1.0Pa，射頻功率為400W，襯底溫度為120°C，微刻蝕時間100秒。完成微刻蝕后進入磁控濺射沉積生長T