專利名稱：一種陶瓷表面選擇性金屬化方法和一種陶瓷及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷領(lǐng)域，尤其涉及一種陶瓷表面選擇性金屬化方法和一種陶瓷。
背景技術(shù)：
在陶瓷表面形成立體電路，能夠形成立體的、集機(jī)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(dǎo)熱 系數(shù)和機(jī)械強(qiáng)度、較長的使用壽命、較強(qiáng)的耐老化性能等，因此在電子領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。目前，在陶瓷表面形成立體電路的工藝是表面除油-機(jī)械粗化-化學(xué)粗化-敏化活化-化學(xué)鍍，工藝繁瑣，且得到的金屬鍍層即電路與陶瓷基材的附著力較低。例如，CN101550546A中公開了一種陶瓷基材表面的化學(xué)鍍制備方法，通過在陶瓷表面包覆半導(dǎo)體納米無機(jī)粉體，然后直接浸入含有表面所需負(fù)載金屬的金屬鹽的化學(xué)鍍液中，在波長為200-400nm的紫外光下照射進(jìn)行化學(xué)鍍，從而在陶瓷基材表面負(fù)載金屬，得到表面金屬化的陶瓷材料。其中半導(dǎo)體納米無機(jī)粉體為納米二氧化鈦、納米氧化硅、納米氧化鋅、納米氧化錫或經(jīng)過摻雜改性的半導(dǎo)體納米無機(jī)粉體，其中摻雜改性為稀土摻雜、稀土氧化物摻雜、金屬摻雜或氮摻雜。該方法中，通過半導(dǎo)體納米無機(jī)粉體在激光照射下產(chǎn)生金屬原子，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍍，但是半導(dǎo)體納米無機(jī)粉體成本較高，大大限制其應(yīng)用。另外，該方法中，半導(dǎo)體無機(jī)粉體分布于陶瓷表面，難以保證其余陶瓷基材的附著力，也難以保證化學(xué)鍍層與基材的附著力。CN101684551A中公開了一種利用、射線制備表面金屬化的陶瓷的方法，通過配制含有金屬離子的溶液，在陶瓷工件表面預(yù)定區(qū)域按所需形狀分布金屬離子溶液，然后用Y射線輻射該區(qū)域，最后在該區(qū)域進(jìn)行化學(xué)鍍形成金屬層。該方法中，通過Y射線的輻射，同時完成陶瓷材料表面的粗化和化學(xué)鍍活性中心的形成，工藝簡化。但是該方法中，金屬離子的溶液分布于陶瓷表面，輻射還原后形成的金屬活性中心存在于陶瓷表面，與陶瓷基材的附著力仍較弱，使得化學(xué)鍍層與陶瓷基材的附著力也相應(yīng)較弱。另外，該方法中采用高能量的Y射線，成本太高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的陶瓷表面化學(xué)鍍層與基材附著力低、以及陶瓷表面金屬化成本高的技術(shù)問題。本發(fā)明提供了一種陶瓷表面選擇性金屬化方法，包括以下步驟
A.將陶瓷組合物成型、燒制得到陶瓷基材；所述陶瓷組合物包括陶瓷粉體和分散于陶瓷粉體中的功能粉體；所述功能粉體選自M的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物或M單質(zhì)中的一種或多種，M為鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或镥(Lu);陶瓷粉體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種或多種，E為鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、硅(Si)、鍺(Ge)、磷(P)、砷(As)、鈧(Sc)、釔(Y)、鋯(Zr)、鉿(Hf)或鑭(La)；
B.采用能量束輻射陶瓷基材表面的選定區(qū)域，在選定區(qū)域形成化學(xué)鍍活性中心；
C.對經(jīng)過步驟B的陶瓷基材表面進(jìn)行化學(xué)鍍，選定區(qū)域形成金屬層。本發(fā)明還提供了一種陶瓷，所述陶瓷包括陶瓷基材和陶瓷基材表面選定區(qū)域的金屬層；所述陶瓷基材包括陶瓷主體和分散于陶瓷主體中的功能助劑；所述功能助劑選自M與E的復(fù)合氧化物、復(fù)合氮化物、復(fù)合氧氮化物、復(fù)合碳化物中的一種或多種，M為鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或镥(Lu);陶瓷粉體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種或多種，E為鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、 丐、銀、鋇、硼、招、鎵、娃、鍺、磷、砷、鈧、乾、錯、鉿或鑭；陶瓷主體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種或多種，E為鋰(Li )、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、硼(B)、鋁(Al) 、鎵(Ga)、硅(Si)、鍺(Ge)、磷(P)、砷(As)、鈧(Sc)、釔(Y) Jg(Zr)Jg(Hf)或鑭(La);以功能助劑中M與E的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，其中M的含量為0. 01-99. 99wt%, E的含量為0. 01-99. 99wt%。最后，本發(fā)明提供了所述陶瓷作為功率模塊、力學(xué)結(jié)構(gòu)零部件、焊接基材、裝飾件的應(yīng)用。本發(fā)明提供的陶瓷表面金屬化方法，通過先將含有陶瓷粉體和功能粉體的陶瓷組合物成型燒制陶瓷基材,所述陶瓷基材包括陶瓷主體和分散于陶瓷主體中的功能助劑。由于陶瓷組合物中功能粉體均勻分散于陶瓷粉體中，因此均勻分散的功能粉體與相鄰的部分陶瓷粉體在燒制過程中發(fā)生反應(yīng)形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，即得到的功能助劑為M與E的復(fù)合氧化物、復(fù)合氮化物、復(fù)合氧氮化物、復(fù)合碳化物中的一種或多種；其余的陶瓷粉體燒制完成后轉(zhuǎn)化為陶瓷主體。采用能量束輻射后，輻射區(qū)域的陶瓷基材表面的陶瓷主體被蝕刻，因此輻射區(qū)域的陶瓷主體下陷，相應(yīng)露出的功能助劑在能量束作用下形成化學(xué)鍍活性中心，然后進(jìn)行化學(xué)鍍，在化學(xué)鍍活性中心表面形成化學(xué)鍍層。由于本發(fā)明中，功能助劑分散于陶瓷主體中，所以形成的化學(xué)鍍活性中心鑲嵌于陶瓷基材中，與陶瓷基材的附著力非常高，從而使得化學(xué)鍍層也與基材具有較高的附著力；另外，能量束輻射區(qū)域的陶瓷主體被蝕刻，表面下陷，表面粗糙度增加，因此后續(xù)形成的化學(xué)鍍層與陶瓷基材的附著力較高。另外，本發(fā)明通過對功能粉體和陶瓷粉體的種類進(jìn)行選擇，發(fā)現(xiàn)功能粉體采用M的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物或 M 單質(zhì)中的一種或多種，M 為 Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中，陶瓷粉體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種或多種，E為Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Lu、Zr、Hf、B、Al、Ga、Si、Ge、P、As 或 La,通過功能粉體與陶瓷粉體的匹配，使得形成的陶瓷基材中陶瓷主體與功能助劑相容性較好，在燒制過程中形成共晶液相從而降低陶瓷基材的燒結(jié)溫度、增加陶瓷基材的燒結(jié)致密度，保證陶瓷基材具有較高的機(jī)械性能；且在后續(xù)能量束輻射過程中功能助劑轉(zhuǎn)化為化學(xué)鍍活性中心時所需能量無需過高，即對能量束的能量要求較低，能有效降低成本。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種陶瓷表面選擇性金屬化方法，包括以下步驟
A.將陶瓷組合物成型、燒制得到陶瓷基材；所述陶瓷組合物包括陶瓷粉體和分散于陶瓷粉體中的功能粉體；所述功能粉體選自M的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物或M單質(zhì)中的一種或多種，M 為 Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Lu ;陶瓷粉體選自 E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種或多種，E為Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Lu、Zr、Hf、B、Al、Ga、Si、Ge、P、As 或 La ;
B.采用能量束輻射陶瓷基材表面的選定區(qū)域，在選定區(qū)域形成化學(xué)鍍活性中心；
C.對經(jīng)過步驟B的陶瓷基材表面進(jìn)行化學(xué)鍍，選定區(qū)域形成金屬層。本發(fā)明中，通過對成型、燒制陶瓷基材用的陶瓷組合物中的組分進(jìn)行選擇，具體地，所述陶瓷組合物包括陶瓷粉體和分散于陶瓷粉體中功能粉體，其中功能粉體選自M的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物或M單質(zhì)中的一種或多種，M為Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu ;陶瓷粉體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種 或多種，E 為 Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Lu、Zr、Hf、B、Al、Ga、Si、Ge、P、As或La，使得成型燒制后的陶瓷基材一方面表面具有較高的粗糙度，能提高后續(xù)化學(xué)鍍層與陶瓷基材的附著力，同時由于功能粉體與相鄰的部分陶瓷粉體形成的功能助劑分散于陶 瓷主體中，輻射區(qū)域陶瓷主體下陷，露出功能助劑并在能量束作用下形成化學(xué)鍍活性中心，該化學(xué)鍍活性中心與陶瓷基材的附著力較高，能進(jìn)一步保證陶瓷基材與化學(xué)鍍層的高附著力；同時，由于陶瓷粉體與功能粉體的選擇匹配，使得后續(xù)形成的陶瓷基材中陶瓷主體與功能助劑匹配的相容性較好，在燒制過程中形成共晶液相從而降低陶瓷基材的燒結(jié)溫度、增加陶瓷基材的燒結(jié)致密度，保證陶瓷基材具有較高的機(jī)械性能；且在后續(xù)能量束輻射過程中功能助劑轉(zhuǎn)化為化學(xué)鍍活性中心時所需量無需過高，能有效降低成本。優(yōu)選情況下，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)M為Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu或Gd時，功能粉體的活性更強(qiáng)，其轉(zhuǎn)化為M單質(zhì)時所需能量要求更低。更優(yōu)選情況下，功能粉體選自Ce02、Pr、Nd203、Pm、Sm203、Eu203、Gd203、CeN時效果更佳。所述陶瓷粉體中E為Al、Zr、Si、Mg或B時，其與功能粉體的匹配性較好，使得后續(xù)陶瓷組合物在燒結(jié)過程中陶瓷粉體與功能粉體具有較好的相容性，從而成型燒制過程中功能粉體與陶瓷粉體較易均勻分散，得到的陶瓷基材具有良好的各向一致性；同時陶瓷粉體在成型、燒制過程中所需燒結(jié)溫度較低，燒結(jié)致密度較高，所形成的陶瓷主體具有更好的機(jī)械性能。更優(yōu)選情況下，陶瓷粉體選自Al203、Mg0、Si02、Zr02、BN、Si3N4或SiC中的一種或多種。例如，陶瓷粉體可以直接單獨(dú)采用Al203、Mg0、Si02、Zr02*BN，也可以采用其共燒體，例如采用 Na2O IlAl2O3' CaO(Al2O3)6' LaAlO3' MgAl204、硅鋁氧氮陶瓷(Sialon)、3A1203 2Si02、鋰輝石(LiAl [Si2O6] )、SiO2基玻璃粉或B2O3基玻璃粉。本發(fā)明中，功能粉體用在燒結(jié)過程中與相鄰的部分陶瓷粉體轉(zhuǎn)化為功能助劑，然后功能助劑在后期能量束輻射時形成化學(xué)鍍活性中心，用于催化化學(xué)鍍的進(jìn)行。但是，功能粉體的含量不宜過高，否則會降低陶瓷基材的機(jī)械性能。因此，本發(fā)明中，以陶瓷組合物的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，陶瓷粉體的含量為70-99. 998wt%,功能粉體的含量為0. 002-30wt%。優(yōu)選情況下，以陶瓷組合物的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，陶瓷粉體的含量為90-99. 998wt%,功能粉體的含量為0. 002-10wt%。更優(yōu)選情況下，以陶瓷組合物的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，陶瓷粉體的含量為98-99. 995wt%，功能粉體的含量為0. 005_2wt%。根據(jù)本發(fā)明的方法，先將陶瓷組合物成型、燒制形成陶瓷基材，其中全部的功能粉體與相鄰的部分陶瓷粉體反應(yīng)形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，即形成所述功能助劑；其余的陶瓷粉體燒制完成后轉(zhuǎn)化為陶瓷主體。例如Al2O3陶瓷粉體與CeO2功能粉體在燒制后可形成2Ce02 -Al2O3^CeO2 3A1203、CeO2與Al2O3固溶體等各種復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能助劑，并均勻分散于Al2O3陶瓷主體中。所述成型、燒制的步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，即采用現(xiàn)有技術(shù)中公開的成型、燒制步驟即可，例如，成型可先采用聚乙烯醇(PVA)對陶瓷組合物進(jìn)行研磨造粒，然后采用手動模壓機(jī)將造粒后的粉末組合物壓成直徑為15mm的坯體，壓力為IOMPa ;然后將坯體放入箱式爐中進(jìn)行排膠燒結(jié)，得到陶瓷。其中排膠燒結(jié)過程中可通過程序升溫控制，升溫速率為50C /min，排膠溫度為400-800°C。燒結(jié)溫度為1000-2300°C，可根據(jù)陶瓷組合物中的組分進(jìn)行選擇。例如，陶瓷組合物中陶瓷粉體為氧化鋁時，燒結(jié)溫度可為160(TC;陶瓷粉體為氧化鋯時，燒結(jié)溫度可為1500°C ;陶瓷粉體為E的氮化物、氧氮化物或碳化物等時，燒結(jié)溫度為1800-2300°C。優(yōu)選情況下，為了促進(jìn)陶瓷粉體的致密燒結(jié)，燒結(jié)過程中還可施加額外的機(jī)械壓力，壓力值可選為20-200MPa。本發(fā)明中，陶瓷組合物中功能粉體選自M的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物或M單質(zhì)中的一種或多種，陶瓷粉體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種或多種。所述燒制過程可直接在空氣中進(jìn)行，也可在氧氣、氮?dú)狻鍤鈿夥栈蛘婵罩羞M(jìn)行。燒結(jié)氣氛根據(jù)陶瓷組合物中陶瓷粉體的種類進(jìn)行選擇，例如陶瓷粉體為E的氧化物時，燒結(jié)氣 氛可為空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣或真空；陶瓷粉體為E的氮化物或氧氮化物，燒結(jié)氣氛可為氮?dú)狻鍤饣蛘婵?；陶瓷粉體為E的碳化物時，燒結(jié)氣氛可為氬氣、真空。同時，燒結(jié)氣氛還可根據(jù)陶瓷組合物中功能粉體的種類進(jìn)行選擇，例如功能粉體選自M的氧化物、氮化物、氧氮化物或碳化物時，陶瓷組合物的燒制可在氧氣、空氣、氮?dú)?、氬氣或真空中進(jìn)行；當(dāng)功能粉體選自M的單質(zhì)時，陶瓷組合物的燒制在氧氣或空氣中進(jìn)行，而不能在氬氣或真空中進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的方法，成型燒制陶瓷基材后，然后對陶瓷基材的選定區(qū)域進(jìn)行能量束輻射，在選定區(qū)域形成化學(xué)鍍活性中心，然后進(jìn)行化學(xué)鍍，從而在該選定區(qū)域形成金屬鍍層。根據(jù)本發(fā)明的方法，采用能量束輻射陶瓷表面的選定區(qū)域，該選定區(qū)域的陶瓷主體被蝕刻，使得選定區(qū)域的陶瓷主體下陷，相應(yīng)露出分散于陶瓷主體中的功能助劑，然后功能助劑在能量束作用下生成化學(xué)鍍活性中心，然后進(jìn)行化學(xué)鍍，即可在化學(xué)鍍活性中心表面形成化學(xué)鍍層。本發(fā)明中，由于功能助劑分散于陶瓷主體中，所以形成的化學(xué)鍍活性中心鑲嵌于陶瓷主體中，與陶瓷基材的附著力非常高，從而使得化學(xué)鍍層也與陶瓷基材具有較高的附著力；另外，能量束輻射過程中同時對選定區(qū)域的陶瓷主體進(jìn)行了粗化，提高該選定區(qū)域的陶瓷基材的粗糙度，因此能進(jìn)一步提高后續(xù)化學(xué)鍍層與陶瓷基材的附著力。本發(fā)明中，能量束輻射時采用的能量束可為激光、電子束或離子束。優(yōu)選情況下，本發(fā)明中能量束輻射采用激光。激光輻射的條件包括激光波長為200-3000nm，功率為5-3000W，頻率為0. l-200KHz，激光走線速度為0. 01-50000mm/s，填充間距0. 01_-5_。激光輻射時采用的激光設(shè)備可采用現(xiàn)有技術(shù)中常見的各種激光設(shè)備，例如可以采用YAG激光器。所述電子束輻射的條件包括功率密度IO1-IO11WAm2。電子束輻射采用的設(shè)備可采用現(xiàn)有技術(shù)中常見的各種電子束設(shè)備，例如可以采用電子束刻蝕機(jī)。所述離子束輻射的條件包括離子束能量為IO1-IO6eVo離子束輻射時采用的設(shè)備可采用現(xiàn)有技術(shù)中常見的各種尚子束設(shè)備，例如可以米用Ar尚子束設(shè)備。
所述選定區(qū)域可以為陶瓷的整個表面；也可根據(jù)所需電路形狀為陶瓷表面的部分區(qū)域，能量束輻射完成后從而在該部分區(qū)域形成所需電路。本發(fā)明中，所述化學(xué)鍍的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的化學(xué)鍍方法，例如可以將經(jīng)過能量束輻射的陶瓷樣品與化學(xué)鍍銅液接觸。與化學(xué)鍍銅液接觸之后，化學(xué)鍍液中的金屬離子發(fā)生還原反應(yīng)，生成金屬顆粒，包裹于化學(xué)鍍活性中心表面，并互相連接形成一層致密的金屬鍍層。本發(fā)明中，化學(xué)鍍所采用的鍍液可為現(xiàn)有技術(shù)中常見的各種化學(xué)鍍銅液、化學(xué)鍍鎳液或鍍金液，本發(fā)明中沒有特殊限定。例如化學(xué)鍍銅液的組成為=CuSO4 5H20
0.12mol/L, Na2EDTA 2H20 0. 14mol/L，亞鐵氰化鉀 10mg/L，2, 2，-聯(lián)吡啶 10mg/L,乙醛酸(HC0C00H) 0. 10mol/L,并用 NaOH 和 H2SO4 調(diào)節(jié)鍍液的 pH 值為 12. 5-13。本發(fā)明中，在化學(xué)鍍催化劑表面進(jìn)行化學(xué)鍍的時間沒有特殊限制，根據(jù)形成鍍層 的厚度控制。本發(fā)明中，所選擇的功能助劑的活性較高，形成的化學(xué)鍍活性中心的活性相應(yīng)較高，因此后續(xù)化學(xué)鍍時的鍍速也較高。陶瓷基材表面未被能量束輻射的區(qū)域，功能助劑不會形成化學(xué)鍍活性中心，因此在化學(xué)鍍過程中該區(qū)域不會有金屬顆粒的沉積。另外，該區(qū)域表面遠(yuǎn)不如能量束輻射的選定區(qū)域表面粗糙，所以即使有少部分金屬顆粒沉積，由于結(jié)合力較差也可輕易擦拭掉，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的直接在陶瓷表面選擇性金屬化的目的。本發(fā)明還提供了一種陶瓷，包括陶瓷基材和陶瓷基材表面選定區(qū)域的金屬層；所述陶瓷基材包括陶瓷主體和分散于陶瓷主體中的功能助劑；所述功能助劑選自M與E的復(fù)合氧化物、復(fù)合氮化物、復(fù)合氧氮化物、復(fù)合碳化物中的一種或多種，M為Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu ;陶瓷主體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種或多種，E 為 Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Lu、Zr、Hf、B、Al、Ga、Si、Ge、P、As或La ;以功能助劑中M與E的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，其中M的含量為0. 01-99. 99wt%, E的含量為 0. 01-99. 99wt%0本發(fā)明中，所述陶瓷的陶瓷基材表面的選定區(qū)域具有金屬層，該選定區(qū)域的陶瓷基材的厚度比其他區(qū)域的陶瓷基材厚度要小。優(yōu)選情況下，陶瓷基材選定區(qū)域的厚度比未選定區(qū)域的厚度小0. 01_500um。本發(fā)明中，對于陶瓷基材、金屬層的厚度沒有特殊限定，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇；陶瓷基材表面選定區(qū)域的金屬層的結(jié)構(gòu)可以是一維、二維或三維的。本發(fā)明還提供了所述陶瓷的應(yīng)用，具體的，本發(fā)明提供的陶瓷可作為功率模塊、力學(xué)結(jié)構(gòu)零部件、焊接基材、裝飾件應(yīng)用于各種領(lǐng)域。例如，可以應(yīng)用于汽車電子設(shè)備和通訊電子設(shè)備、功率電子半導(dǎo)體模組、功率電力半導(dǎo)體模組、直流電機(jī)調(diào)速模組、LED封裝載板、LED組裝線路板、高頻開關(guān)電源、固態(tài)繼電器、激光工業(yè)電子、智能功率組件、航天、航空和武器裝備、直流電機(jī)調(diào)速模組、自動變速器、高頻開關(guān)電源、計算機(jī)工業(yè)信號發(fā)生器、IT集成存儲器、數(shù)字處理單元電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、傳感器電路、前置放大電路、功率放大電路、機(jī)械力學(xué)承載、裝飾、焊接、密封等技術(shù)領(lǐng)域。以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋說明。實(shí)施例及對比例中所用原料均通過商購得到。大類一實(shí)施例1-9 實(shí)施例I :(1)陶瓷組合物
陶瓷粉體粒徑小于3um的高純Al2O3粉9. 45克，玻璃粉0. 5克(Mg0\Al203\B203\Ca0系玻璃粉)；功能粉體Ce02 0 . 05克。
(2)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(jī)將造粒后的粉末壓成直徑15mm的坯體，壓力為lOMPa，將將坯體放入密閉的箱式爐中排膠、燒結(jié)，升溫速率為5°C /min，排膠溫度575°C，燒結(jié)溫度1600°C。隨爐冷卻得到陶瓷基材。
(3)將陶瓷基材放在波長為1064nm的YAG激光器上進(jìn)行激光輻射，功率為50W，頻率為25KHz，走線速度為100mm/s，填充間距為0. 1mm。
(4)將經(jīng)過激光輻射后的陶瓷基材放入5wt%的硫酸溶液清洗lmin，之后放入化學(xué)鍍銅 溶液進(jìn)行化學(xué)鍍lh，最后得到樣品SI。實(shí)施例2
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S2，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Nd2O3 0.05克。實(shí)施例3
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S3，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Sm2O3O. 05克。實(shí)施例4
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S4，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Eu2O3 0. 05克。實(shí)施例5
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S5，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Gd2O3 0.05克。實(shí)施例6
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S6，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Pm 0. 05克。實(shí)施例7
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S7，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為CeNO. 05克。實(shí)施例8
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S8，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Gd2O3 0.05克；步驟(3)中，采用功率密度為105ff/cm2的電子束替代激光對陶瓷基材表面進(jìn)行輻射。實(shí)施例9
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S9，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Gd2O3 0.05克；步驟(3)中，采用用能量為IOkeV的離子束替代激光對陶瓷基材表面進(jìn)行輻射。大類二 實(shí)施例10-24 實(shí)施例10采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S10，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純ZrO2粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為1550°C。實(shí)施例11
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S11，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純MgO粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉。實(shí)施例12
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為 S12，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純3A1203 *2Si02粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為1550°C。實(shí)施例13
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S13，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純2Mg0 2A1203 5Si02粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉;步驟(2)中燒結(jié)溫度為1550°C。實(shí)施例14
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S14，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純LiAl [Si2O6]粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為1500°C。實(shí)施例15
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S15，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純Na2O ^llAl2O3粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為1400°C。實(shí)施例16
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S16，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純CaO(Al2O3)6粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為1500°C。實(shí)施例17
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S17，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純LaAlO3粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為1500°C。實(shí)施例18
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S18，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9.45克粒徑小于3um的高純KAl2(AlSi3O10) (OH) 2粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉;步驟(2)中燒結(jié)溫度為1400°C。實(shí)施例19
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S19，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純MgAl2O4粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉。實(shí)施例20
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S20，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純CaZrO3粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為1500°C。實(shí)施例21
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S21，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 95克粒徑小于3um的高純SiO2-CaO-BaO-MgO-Na2O 混合粉(Si02、CaO、BaO, MgO, Na2O 質(zhì)量比為 80 5 5 5 5)取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉和0. 5克玻璃粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為 1650 °C。實(shí)施例22
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S22，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純Mg2SiO4粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉。實(shí)施例23
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S23，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 95克粒徑小于3um的高純B2O3-Al2O3-MgO-CaO 混合粉(B203、Al203、Mg0、Ca0摩爾比為 2 :1 1 :1)粉取代實(shí)施例 I 中 9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉和0. 5克玻璃粉；步驟(2)中燒結(jié)溫度為1250°C。實(shí)施例24
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S24，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純Y2O3粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉。大類三實(shí)施例25-28 實(shí)施例25
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S25，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Sm2O3 0. 001克。實(shí)施例26
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S26，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Sm2O3 0.01克。實(shí)施例27
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S27，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Sm2O3 0. 05克。實(shí)施例28
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S28，不同之處在于步驟(I)中，功能粉體為Sm2O3 0. 25克。大類四實(shí)施例29-33實(shí)施例29-33
采用與實(shí)施例1-5相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S29-S33，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純BN粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中，箱式爐中為氮?dú)鈿夥眨瑹Y(jié)溫度為1950°C。大類五實(shí)施例34-38 實(shí)施例34-38
采用與實(shí)施例1-5相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S34-S38，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純Sialon粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中，箱式爐中為氮?dú)鈿夥?，燒結(jié)溫度為1950°C。大類六實(shí)施例39-43 實(shí)施例39-43
采用與實(shí)施例1-5相同的步驟制備陶瓷基材，并對陶瓷表面進(jìn)行金屬化，得到樣品記為S39-S43，不同之處在于步驟(I)中，陶瓷粉體采用9. 45克粒徑小于3um的高純SiC粉取代實(shí)施例I中9. 45克粒徑小于3um的高純Al2O3粉；步驟(2)中，箱式爐中為氮?dú)鈿夥?，燒結(jié)溫度為2000°C，燒結(jié)時施加機(jī)械壓力50MPa。對比例I
按照CN101550546A實(shí)施例4公開的步驟進(jìn)行將納米二氧化鈦粉體包覆于玻璃復(fù)合材料表面，然后浸入I. 5L化學(xué)鍍鎳液中，溫度范圍20-40°C，不停攪拌；在波長為400nm的紫外光下照射10-30min進(jìn)行化學(xué)鍍，得到玻璃樣品DSl。對比例2
按照CN101684551A實(shí)施例3公開的步驟進(jìn)行配制0. 01mol/L的硝酸銅溶液，溶劑為異丙醇、聚乙烯醇、水，通氮?dú)獬鹾蠹尤?2g聚丙烯酸樹脂，然后旋涂于陶瓷表面，旋涂工藝參數(shù)800轉(zhuǎn)/min,5s ;然后移至60Gy/min的、射線(深圳長園公司的Y射線福射儀)下照射3min，最后進(jìn)行化學(xué)鍍銅，得到陶瓷樣品記為DS2。性能測試
1、化學(xué)鍍鍍速測試將鍍銅后的樣品用熱固性樹脂鑲樣，然后在砂輪上將鍍層的斷面磨出來，并在1200#砂紙上打磨光滑，之后再SEM設(shè)備下觀察表面鍍層的厚度，記錄各實(shí)施例中化學(xué)鍍的速度。
2、附著力測試用劃格器在各銅鍍層表面上劃100個I毫米XI毫米的正方形格。用美國3M公司生產(chǎn)的型號為600的透明膠帶平整粘結(jié)在方格上，不留一絲空隙，然后以最快的速度60度角揭起，觀察劃痕邊緣處是否有脫落。如沒有任何脫落為5B，脫落量在0-5%之間為4B，5-15%之間為3B, 15-35%之間為2B，35-65%之間為1B，65%以上為OB0測試結(jié)果如表I所示。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷表面選擇性金屬化方法，其特征在于，包括以下步驟 A.將陶瓷組合物成型、燒制得到陶瓷基材；所述陶瓷組合物包括陶瓷粉體和分散于陶瓷粉體中的功能粉體；所述功能粉體選自M的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物或M單質(zhì)中的ー種或多種，M為鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿或镥；陶瓷粉體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的ー種或多種，E為鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、硼、招、鎵、娃、鍺、磷、神、鈧、乾、錯、鉿或鑭； B.采用能量束輻射陶瓷基材表面的選定區(qū)域，在選定區(qū)域形成化學(xué)鍍活性中心； C.對經(jīng)過步驟B的陶瓷基材表面進(jìn)行化學(xué)鍍，選定區(qū)域形成金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在干，M為鈰、鐠、釹、钷、釤、銪或釓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，功能粉體選自Ce02、Pr、Nd203、Pm、Sm2O3> Eu2O3> Gd2O3> CeN 中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在干，E為鋁、鋯、硅、鎂或硼。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的方法，其特征在于，陶瓷粉體選自Al203、Mg0、Si02、Zr02、BN、Si3N4或SiC中的ー種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在干，以陶瓷組合物的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，陶瓷粉體的含量為70-99. 998wt%，功能粉體的含量為0. 002_30wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在干，以陶瓷組合物的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，陶瓷粉體的含量為90-99. 998wt%，功能粉體的含量為0. 002_10wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在干，以陶瓷組合物的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，陶瓷粉體的含量為98-99. 9 95wt%，功能粉體的含量為0. 005_2wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，功能粉體為M的單質(zhì)吋，陶瓷組合物的燒制在空氣或氧氣氣氛中進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述能量束為激光、電子束或離子束；激光輻射的條件包括激光波長為200-3000nm，功率為5-3000W，頻率為0. l_200KHz，激光走線速度為0. 01-50000mm/s，填充間距0. 01mm-5mm ;電子束輻射的功率密度為IO1-IO11WAm2 ；離子束輻射的離子束能量為IO1-IO6eV15
11.一種陶瓷，其特征在于，所述陶瓷包括陶瓷基材和陶瓷基材表面選定區(qū)域的金屬層；所述陶瓷基材包括陶瓷主體和分散于陶瓷主體中的功能助劑；所述功能助劑選自M與E的復(fù)合氧化物、復(fù)合氮化物、復(fù)合氧氮化物、復(fù)合碳化物中的ー種或多種，M為鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿或镥；陶瓷主體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的ー種或多種，E為鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、 丐、銀、鋇、硼、招、鎵、娃、鍺、磷、神、鈧、乾、鋯、鉿或鑭；以功能助劑中M與E的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，其中M的含量為0. 01-99. 99wt%, E的含量為 0. 01_99. 99wt%0
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷，其特征在干，陶瓷基材表面的選定區(qū)域的厚度比未選定區(qū)域的平均厚度小0. 01-500um。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷，其特征在于，所述金屬層的結(jié)構(gòu)為ー維、ニ維或三維。
14.權(quán)利要求11所述的陶瓷作為功率模塊、力學(xué)結(jié)構(gòu)零部件、焊接基材、裝飾件的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種陶瓷表面選擇性金屬化方法，包括以下步驟A．將陶瓷組合物成型、燒制得到陶瓷基材；所述陶瓷組合物包括陶瓷粉體和分散于陶瓷粉體中的功能粉體；所述功能粉體選自M的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物或M單質(zhì)中的一種或多種；陶瓷粉體選自E的氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物中的一種或多種；B．采用能量束輻射陶瓷基材表面的選定區(qū)域，在選定區(qū)域形成化學(xué)鍍活性中心；C．對經(jīng)過步驟B的陶瓷基材表面進(jìn)行化學(xué)鍍，選定區(qū)域形成金屬層。本發(fā)明還提供了一種陶瓷。本發(fā)明的陶瓷表面通過化學(xué)鍍形成金屬鍍層，鍍層與陶瓷基材的附著力較高，成本較低。
文檔編號C04B41/88GK102775195SQ201110123029
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者任永鵬, 宮清, 張保祥, 林信平 申請人:比亞迪股份有限公司