【摘 要】
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在电子信息、能源交通和航空等领域中要求陶瓷零件实现导电、散热和封装等功能的需求,可以采用物理气相沉积、Mo-Mn法、磁控溅射法和化学镀等表面改性技术在陶瓷表面涂镀金属涂层以满足应用要求。但是陶瓷与金属材料间的性质差异非常大,两者之间的连接要考虑陶瓷润湿性差等原因,所以上述技术制备的涂层质量较差。而新兴的冷喷涂技术被认为是一种成熟的快速制造涂层的方法,可以有效的解决陶瓷表面金属化问题。目前,国内对于
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在电子信息、能源交通和航空等领域中要求陶瓷零件实现导电、散热和封装等功能的需求,可以采用物理气相沉积、Mo-Mn法、磁控溅射法和化学镀等表面改性技术在陶瓷表面涂镀金属涂层以满足应用要求。但是陶瓷与金属材料间的性质差异非常大,两者之间的连接要考虑陶瓷润湿性差等原因,所以上述技术制备的涂层质量较差。而新兴的冷喷涂技术被认为是一种成熟的快速制造涂层的方法,可以有效的解决陶瓷表面金属化问题。目前,国内对于冷喷涂陶瓷金属化结合机理的研究仍在初级阶段,研究发现热处理可以很好的提高金属涂层的与陶瓷基体间的结合强度,改善涂层的物理性能。本文深入研究了冷喷涂工艺参数和基体状态对陶瓷金属化质量的影响,有助于促进对冷喷涂陶瓷金属化结合机理的研究。本文主要目的是通过冷喷涂技术分别在Al2O3陶瓷基体和Si C陶瓷基体的表面制备Al-Al2O3涂层和Cu涂层,研究分析冷喷涂温度和陶瓷表面粗糙度对涂层性能的影响,探寻合适的喷涂工艺和陶瓷表面状态。本论文具有以下创新性的工作:（1）使用不同的冷喷涂温度在不同粗糙度的Al2O3陶瓷表面制备Al金属涂层,并且在喷涂粉末中添加了Al2O3陶瓷增强相来增加涂层的结合强度。在不同粗糙度的Si C陶瓷表面使用不同的冷喷涂温度制备Cu涂层。利用SEM、EDS、XRD、拉拔测试和氧元素分析试验等方法对Al-Al2O3涂层和Cu涂层进行组织和性能表征。（2）试验结果显示,Al-Al2O3涂层和Cu涂层孔隙率低,涂层与基体结合紧密,涂层在喷涂过程中没有发生明显的氧化。在陶瓷基体表面粗糙度一致的情况下,Al-Al2O3涂层的结合强度随着喷涂温度的提升不断提高。在同一喷涂温度下,Al2O3陶瓷基体与Al-Al2O3涂层间的结合强度随着陶瓷表面粗糙度增加而提高。由于碳化硅陶瓷基体的内部结合力要低于Cu涂层与基体的结合强度,所以在拉拔时,断裂处发生在基体处。通过四探针测试仪和电导率仪测试冷喷涂涂层的导电性能,Al-Al2O3涂层和Cu涂层的导电性能都随着喷涂温度的上升而提高。陶瓷表面粗糙度不会对涂层的显微硬度造成影响。随着喷涂温度的提升,Al-Al2O3涂层的显微硬度从136.9HV100上升至171.0HV100,Cu涂层的显微硬度从116.5HV100上升至139.9HV100。（3）对Al-Al2O3涂层和Cu涂层进行2小时600℃热处理,研究热处理对冷喷涂Al-Al2O3涂层和Cu涂层的微观组织、显微硬度、导电性能、结合强度和氧元素含量的影响。试验结果表明,Al-Al2O3涂层的结合强度相较于喷涂态大约增加15±5MPa,但是显微硬度有很大程度的下降,下降幅度在50±5HV100,Cu涂层的硬度也出现大幅度下降的现象,比如Cu涂层的硬度从116.5HV100降至64.1HV100。通过EDS和氧元素含量分析可知,热处理过后,两种涂层的氧化程度增加。通过对涂层的导电性能试验结果分析可知,热处理过后Al涂层的电导率增加了1MS/m左右,Cu涂层的电导增加了30MS/m左右。
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