Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения медного покрытия на керамической поверхности газодинамическим напылением

Классы МПК:C23C24/04 осаждение частиц за счет удара или кинетической энергии
C23C4/06 металлические материалы
C23C4/12 характеризуемые способом распыления
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (RU),
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. А.С. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-06-22
публикация патента:

Изобретение относится к способу получения адгезионно-прочных медных покрытий на керамической поверхности с использованием газодинамического напыления. Проводят предварительное напыление подслоя из оксида меди (1) с последующим напылением медного покрытия и термическую обработку покрытия. Напыление материала подслоя и медного покрытия ведут при давлении воздуха в качестве рабочего газа в интервале 0,5-1,0 МПа, причем для подслоя при температуре в пределах 500-600°С, для медного покрытия - в пределах 300-400°С, а термическую обработку медного покрытия проводят в интервале температур 1065-1070°С в течение 1,0-3,0 часов. Обеспечивается получение медных покрытий, имеющих прочность на отрыв не ниже 50 МПа. 1 пр.

Изобретение относится к способу получения адгезионно-прочных медных покрытий на поверхности оксида алюминия с использованием газодинамического напыления. Способ может быть использован для медной металлизации керамических подложек.

Известен способ нанесения металлических покрытий на крупноразмерные подложки в вакууме (патент RU № 2062818, МПК 6 С23С 14/34, С03С 17/06), которые используется для радиочастотного и оптического диапазона. По этому способу напыление осуществляется в вакуумной камере с использованием источника металлической плазмы. Этот способ не позволяет формировать покрытия на деталях, имеющих размеры более чем габариты вакуумной камеры, имеет низкую производительность и сложен в автоматизации процесса.

Известен способ нанесения покрытий плазменным напылением (Кудинов В.В., Иванов В.И. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. - М.: Машиностроение, 1981. - с.159-165). По этому способу материал покрытия в виде порошка либо проволоки вводится в высокотемпературную плазменную струю, где он интенсивно нагревается, плавится, распыляется и при взаимодействии с поверхностью обрабатываемой детали образует покрытие.

Основными недостатками являются температурные напряжения в покрытии и подложке, приводящие к температурным поводкам и искажению профиля, а также невозможность использовать высокодисперсные наноструктурные композиты, интенсивное взаимодействие частиц с окружающей средой, приводящее к окислению и испарению высокодисперсных порошков.

Известен способ нанесения медного покрытия с использованием газодинамического напыления меди на поверхность из оксида алюминия (Kerstin-Raffaela Donner, Frank Gaertner, and Thomas Klassen "Metallization of Thin A1203 Layers in Power Electronics Using Cold Gas Spraying" Journal of Thermal Spray Technology 2011, Volume 20, Numbers 1-2, Pages 299-306). Согласно этому способу напыление меди проводят в струе азота при давлении 3,0 МПа и температуре 600°С. В качестве подслоя на поверхность оксида алюминия напылялся алюминий газодинамическим способом при температуре 420°С и давлении азота 3,5 МПа. Для увеличения адгезии медного покрытия использовали нагрев подложек в процессе напыления при температуре 280°С.

Основным недостатком указанного способа является повышенные температуры напыления меди 600°С, что приводит к частичному окислению меди за счет кислорода, находящегося в азоте в качестве примеси, а также высокие значения давления азота, что усложняет приборное оформление способа напыления.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения медных покрытий (В. Wielage, Т. Grund, С. Rupprecht, S. Kuemmel «New method for producing power electronic circuit boards by cold-gas spraying and investigation of adhesion mechanisms» Surface & Coatings Technology 205 (2010) p.1115-1118), в котором процесс газодинамического напыления подслоя алюминия и слоя меди проводят при давлении азота 2,8 МПа и температуре азота 300°С. Последующая термическая обработка подложек проводилась при 300°С в азоте в течение 10 час., что обеспечивало среднее усилие на отрыв (адгезию) медного покрытия равное 15±3 МПа.

Данный способ не позволяет получить прочность на отрыв (адгезию) медных покрытий больше, чем 20 МПа, что делает этот способ невостребованным в технологии для медной металлизации керамических покрытий, для которой требуется прочность на отрыв не хуже 50МПа. Использование азота в качестве рабочего газа не позволяет снизить затраты на производство медных покрытий по сравнению с использованием воздуха в качестве рабочего газа.

Предлагаемым изобретением решается задача создания способа, обеспечивающего получение медных покрытий газодинамическим напылением с использованием воздуха в качестве рабочего газа, для которых прочность на отрыв (адгезия) не хуже 50 МПа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения медного покрытия газодинамическим напылением предварительно напыляется подслой оксида меди(I), при этом в качестве рабочего газа используется воздух. Повышенные значения адгезии медного покрытия достигается термообработкой в инертном газе.

Для получения заявляемого технического результата в предлагаемом способе напыления медных покрытий, включающем напыление подслоя материала на поверхность оксида алюминия и обеспечивающего адгезию медного покрытия к поверхности оксида алюминия, используется предварительное напыление подслоя из материала, отличного от алюминия. Новым является то, что в качестве подслоя используется оксид меди(I), который напыляется в интервале давлений 0,5-1,0 МПа в интервале температур 500-600°С. Для получения адгезии более 50 МПа используют термообработку медного покрытия в инертной атмосфере в интервале температур 1065-1070°С. Увеличение прочности на отрыв (адгезии) медного покрытия за счет термообработки в инертном газе в интервале температур 1065-1070°С обусловлено образованием эвтектического расплава в системе Cu-Cu2O при температуре 1064°С.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень. Пример.

Навеску оксида меди(I) 5 г помещают в дозатор известного устройства и проводят известным способом (патент RU № 2399695 МПК 6 С23С 24/04, В05В 7/14) газодинамическое напыление материала на поверхность из оксида алюминия при давлении воздуха в пределах 0,5-1,0 МПа и нагретого до температуры в пределах 500-600°С. В результате получают равномерное покрытие оксида меди(I) на поверхности оксида алюминия с толщиной в пределах 5-10 мкм. Далее в дозатор помещают навеску меди 5 г и в таком же режиме напыляют медь поверх напыленного оксида меди(I) при давление воздуха в пределах 0,5-1,0 МПа и температуры воздуха в пределах 300-400°С. В результате процесса напыления получают равномерное медное покрытие на поверхности оксида меди(1) с толщиной в пределах до 400 мкм.

Далее проводят термическую обработку медного покрытия в инертной атмосфере при температуре в пределах 1065-1070°С в течение 1-3 часов. В результате термообработки медное покрытие обладает прочностью на отрыв не хуже 50 МПа. Таким образом, в условиях заявленного способа можно получить медное покрытие на поверхности оксида алюминия, для которого прочность на отрыв (адгезия) в 4 раза больше по сравнению с прототипом. Измерение прочности на отрыв (адгезии) медных покрытий проводили на отрывной машине Zwick/Roell 005 методом нормального отрыва по ГОСТ 28089.

Источники информации:

1. Патент RU № 2062818, МПК 6 С23С 14/34, С03С 17/06

2. Кудинов В.В., Иванов В.И. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. - М.: Машиностроение, 1981. - с.159-165;

3. Kerstin-Raffaela Donner, Frank Gaertner, and Thomas Klassen "Metallization of Thin A1203 Layers in Power Electronics Using Cold Gas Spraying" Journal of Thermal Spray Technology 2011, Volume 20, Numbers 1-2, Pages 299-306;

4. В. Wielage, T. Grund, С. Rupprecht, S. Kuemmel «New method for producing power electronic circuit boards by cold-gas spraying and investigation of adhesion mechanisms» Surface & Coatings Technology 205 (2010) p.1115-1118 - прототип;

5. Патент RU № 2399695, МПК 6 С23С 24/04, В05В 7/14

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения медного покрытия на керамической поверхности газодинамическим напылением, включающий предварительное напыление материала подслоя с последующим напылением медного покрытия и термическую обработку покрытия, отличающийся тем, что в качестве материала подслоя используют оксид меди(I), при этом напыление материала подслоя и медного покрытия ведут при давлении воздуха в качестве рабочего газа в интервале 0,5-1,0 МПа, причем для подслоя при температуре в пределах 500-600°С, для медного покрытия - в пределах 300-400°С, а термическую обработку медного покрытия ведут в интервале температур 1065-1070°С в течение 1,0-3,0 ч.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2506345

patent-2506345.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C23C24/04 осаждение частиц за счет удара или кинетической энергии

Патенты РФ в классе C23C24/04:
способ нанесения покрытия -  патент 2526342 (20.08.2014)
способ получения магнитотвердого покрытия из сплава самария с кобальтом -  патент 2524033 (27.07.2014)
способ нанесения теплозащитного износостойкого покрытия на детали из чугуна и стали -  патент 2521780 (10.07.2014)
устройство газодинамического нанесения покрытий на внешние цилиндрические поверхности изделий -  патент 2505622 (27.01.2014)
устройство газодинамического нанесения покрытий на внутреннюю цилиндрическую поверхность изделий -  патент 2503745 (10.01.2014)
конструктивный элемент с каталитической поверхностью, способ его изготовления и применение этого конструктивного элемента -  патент 2490063 (20.08.2013)
способ напыления покрытия на изделие из натурального камня или из металлического материала и устройство для его осуществления -  патент 2489519 (10.08.2013)
способ нанесения покрытия на металлическую основу -  патент 2487191 (10.07.2013)
способ нанесения покрытий -  патент 2485213 (20.06.2013)
устройство для контроля и управления процессом термического напыления -  патент 2479861 (20.04.2013)

Класс C23C4/06 металлические материалы

Патенты РФ в классе C23C4/06:
элемент скольжения с открытой функциональной поверхностью -  патент 2520908 (27.06.2014)
нано- и микроструктурное керамическое термобарьерное покрытие -  патент 2518850 (10.06.2014)
элемент скольжения с покрытием термического напыления и способ его изготовления -  патент 2516105 (20.05.2014)
способ изготовления подшипника скольжения -  патент 2509236 (10.03.2014)
способ упрочнения изделий из твердых сплавов -  патент 2501865 (20.12.2013)
способ изготовления колодок подпятника и подшипника скольжения -  патент 2492369 (10.09.2013)
металлические композиции -  патент 2483833 (10.06.2013)
блок цилиндров и газотермический способ напыления покрытия -  патент 2483139 (27.05.2013)
способ нанесения покрытий -  патент 2483138 (27.05.2013)
реагирующий с водой al композитный материал, реагирующая с водой al пленка, способ получения данной al пленки и составляющий элемент пленкообразующей камеры -  патент 2468118 (27.11.2012)

Класс C23C4/12 характеризуемые способом распыления

Патенты РФ в классе C23C4/12:
способ лазерно-плазменного наноструктурирования металлической поверхности -  патент 2526105 (20.08.2014)
устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки -  патент 2525948 (20.08.2014)
способ получения магнитотвердого покрытия из сплава самария с кобальтом -  патент 2524033 (27.07.2014)
монокристаллическая сварка направленно упрочненных материалов -  патент 2516021 (20.05.2014)
способ восстановления внутренней поверхности ступицы направляющего аппарата центробежного электронасоса -  патент 2510426 (27.03.2014)
способ металлизации древесины -  патент 2509826 (20.03.2014)
способ получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из древесины -  патент 2509823 (20.03.2014)
способ получения покрытия нитрида титана -  патент 2506344 (10.02.2014)
способ газодинамического детонационного ускорения порошков и устройство для его осуществления -  патент 2506341 (10.02.2014)
способ нанесения детонационного покрытия на поверхность детали -  патент 2504599 (20.01.2014)

Наверх