一种金属/陶瓷微叠层材料及其制备方法

摘要

本发明提供一种金属/陶瓷微叠层材料及其制备方法。采用电子束物理气相沉积技术，通过电子枪交替蒸发金属和陶瓷靶材来制备的。陶瓷层厚度为1μm，金属层厚度为10～35μm。金属层和陶瓷层的体积分数比即厚度即层厚比为10～35。所用的金属靶材为Ni-20Co-12Cr-4Al(wt％)，陶瓷靶材为含8wt％Y2O3的ZrO2(YSZ)。金属/陶瓷微叠层材料具有大层厚比，因此该材料能在很大程度上保持金属材料的韧性好的特点。同时，叠层结构的存在，限制了金属层中柱状晶的长大，减少了裂纹沿金属晶界扩展的可能性。与单层EB-PVD金属薄板相比，该微叠层材料中的金属层发生脆性沿晶断裂的几率更小，金属层强度更高。

主权项

一种金属/陶瓷微叠层材料的制备方法，其特征在于：具体工艺过程如下：(1)抽真空：将φ1000mm的基板表面抛光，并在丙酮中超声波清洗10min，吹干后连接到位于工作室顶端的竖直旋转轴上；将金属靶材和陶瓷靶材分别放置于两个坩埚内，摆放妥当后，抽真空到10‑3Pa；(2)加热基板：采用辐射式加热器将基板加热至500℃以上，排放基板上所吸附的气体；同时烘烤真空室壁，以使吸附的气体在正式蒸发前排放出来，保证蒸发过程中具有较高的真空度；然后采用断续加热的方式调整基板温度和真空度；真空度稳定在10‑3～10‑2Pa之后，使基板温度稳定在650±20℃范围内，同时，通过电机控制基板转速为6rpm；(3)沉积剥离层：为了防止高温合金薄板同基板发生粘结，在沉积合金板之前，要先沉积脱模剂氟化钙，厚度为5‑‑10微米，加热束流为0.3A；(4)沉积薄板：采用两把电子枪交替蒸发陶瓷靶材和金属靶材，蒸发金属靶材时电子束流被控制为1.9±0.1A，每层沉积时间为8分钟；蒸发陶瓷靶材时电子束流被控制为0.8±0.1A，每层沉积时间为2分钟，通过调节电子束电流的大小和熔池大小来控制两种靶材的蒸发量；沉积过程中，基板绕竖直轴旋转，基板转速和温度保持恒定；其中，所述的陶瓷靶材厚度为1μm；金属靶材厚度为10～35μm；金属靶材和陶瓷靶材的体积分数比即层厚比为10～35；所用的金属靶材为Ni‑20Co‑12Cr‑4Alwt％，陶瓷靶材为含8wt％Y2O3的ZrO2。