專利名稱：一種熱補(bǔ)償鉬圓片表面涂層加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱補(bǔ)償鉬圓片表面涂層的加工方法，尤其是一種超大功率晶閘管上用的鉬圓片表面的銠或釕涂層的短流程沉積加工方法。
背景技術(shù)：
熱補(bǔ)償鉬圓片，用作單晶硅片的支撐基板，起到散熱、維持保護(hù)芯片正常工作，提高晶閘管的使用壽命作用，是制造超大功率晶閘管的關(guān)鍵部件之一。目前，超大功率晶閘管廣泛地應(yīng)用于特(超)高壓直流輸電工程、大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)和高速機(jī)車牽引等領(lǐng)域，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求十分迫切。目前，這種表面鍍銠、釕涂層的大直徑熱補(bǔ)償鉬圓片的表面鍍層加工方法，常常是電沉積銠、釕的方法，而銠、釕電沉積后需要進(jìn)行合金化退火以提高鍍層與基體結(jié)合力。采用電鍍沉積工藝所需工時(shí)較長(zhǎng)，勞動(dòng)條件差，同時(shí)電鍍廢液處理也具有較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)際上已有采用電子束輔助物理氣相沉積等工藝，通過(guò)物理氣相沉積的方法在鉬圓片表面制備銠、釕涂層，生產(chǎn)表面沉積銠、釕涂層的大直徑高端熱補(bǔ)償鉬圓片。采用電子束輔助物理氣相沉積方法制備銠、釕涂層時(shí)，由于鉬圓片溫度較低，銠、釕層和鉬圓片的結(jié)合力不夠高， 按照熱補(bǔ)償鉬圓片表面銠、釕涂層“在沸水中100分鐘無(wú)脫落，120度折彎不開(kāi)裂”的技術(shù)要求，其成品率僅約為80%。此外，近幾十年來(lái)出現(xiàn)的多弧離子鍍、離子束輔助物理氣相沉積、 電子束輔助物理氣相沉積等手段也可以用于鉬圓片上沉積銠、釕薄層，但以上這些技術(shù)都存在設(shè)備復(fù)雜、設(shè)備價(jià)格昂貴、制備時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高，涂層與基體結(jié)合力不夠高等缺點(diǎn)。另一方面，現(xiàn)在出現(xiàn)了一種新的等離子表面冶金技術(shù)——雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)，也被稱為雙層輝光等離子表面冶金技術(shù)。其原理是在離子氮化裝置中增加一個(gè)由欲滲合金元素組成的源極，在源極和陽(yáng)極之間、陰極和陽(yáng)極之間各設(shè)有單獨(dú)的電源，并使其各自產(chǎn)生輝光放電，在密封的空間中通入氬氣作工作氣體，利用輝光放電所形成的氬離子，轟擊并加熱工件到工藝溫度，轟擊源極材料，使欲滲合金元素被濺射出來(lái)，在等離子體的作用下，使濺射出來(lái)的合金元素沉積、吸附在工件表面，通過(guò)熱擴(kuò)散進(jìn)入工件表層，形成具有特殊物理、化學(xué)性能的合金層。這種技術(shù)一般用于在基材表面制備高速鋼、不銹鋼和鎳基合金層等。在雙層輝光等離子滲金屬過(guò)程中，工件電壓、工作溫度等因素關(guān)系到合金層的厚度，都是重要的工藝內(nèi)容。所以通常在以耐磨、耐蝕為表面改性目時(shí)，為了盡可能獲得大的合金層厚度，雙層輝光滲表面合金化常用工藝參數(shù)范圍為工件電壓低于600V，源極電壓 800 1100V，工件溫度低于900°C。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的電鍍和常用物理氣相沉積法在鉬圓片表面滲鍍銠、釕薄層所存在的上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種短流程、低成本、高成品率的鉬圓片表面滲鍍銠、釕金屬薄層的生產(chǎn)方法。
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根據(jù)鉬-銠、鉬-釕二元相圖分析可知，鉬-銠、鉬-釕系均能形成端際固溶體，即只要基體溫度在900°C以上，鉬-銠、鉬-釕系就能夠通過(guò)互擴(kuò)散在鉬/銠或鉬/釕界面處形成固溶體形式的冶金結(jié)合，銠、釕涂層與鉬基體的結(jié)合力勢(shì)必會(huì)得到極大提高。由此，本發(fā)明的方法是以熱補(bǔ)償鉬圓片基材為工件，按照通常的雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)工藝加工，其特征是采用純度大于99%的銠或釕純金屬制成源極，以氬氣為工作氣體，工件電壓大于600V、小于900V，源極電壓850V 1000V，工件溫度大于900°C、小于 1200°C的條件下，經(jīng)0. 5 2小時(shí)雙層輝光等離子滲金屬處理，完成鉬圓片表面涂層加工。利用上述方法，可在鉬圓片上形成厚度< Iym的銠、釕薄層，結(jié)合力滿足“涂層在沸水中100分鐘無(wú)脫落，120度折彎不開(kāi)裂”的應(yīng)用技術(shù)要求，且涂層表面粗糙度 Ra < 0. 3 μ m，符合超大功率晶閘管用熱補(bǔ)償鉬圓片表面滲鍍銠、釕金屬技術(shù)要求。本方法與國(guó)內(nèi)通用的電沉積銠、釕的方法相比，具有環(huán)保、短流程和涂層結(jié)合力高的優(yōu)點(diǎn)；與國(guó)際上通用電子束輔助物理氣相沉積法相比，具有短流程、低能耗和涂層結(jié)合力高的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式為更清楚表示本發(fā)明的實(shí)施和技術(shù)效果，下面結(jié)合實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例一、以待加工鉬圓片為工件，采用純度為99. 3%的純金屬銠制成源極，按照雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)，以氬氣為工作氣體，在800V的工件電壓和960°C的工件溫度下，源極電壓850V，處理時(shí)間50分鐘，即可形成厚度為0. ^ym的銠薄滲鍍層，界面為冶金結(jié)合，界面處銠涂層的臨界剪切應(yīng)力為1100N/mm2，結(jié)合力滿足涂層在沸水中100分鐘無(wú)脫落，120度折彎不開(kāi)裂的應(yīng)用技術(shù)要求，且涂層表面粗糙度R=O. 23 μ m,從而達(dá)到超大功率晶閘管用熱補(bǔ)償鉬圓片的技術(shù)要求，沉積效率提高40%。實(shí)施例二、采用純度為99. 9%的純金屬釕制成源極，同樣按雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)，在850V的工件電壓和1050°C的工件溫度下，源極電壓900V，處理時(shí)間45分鐘，即可形成厚度為0. 35 μ m的釕薄滲鍍層，界面處銠涂層的臨界剪切應(yīng)力為1050N/mm2，涂層表面粗糙度R=O. 22 μ m，沉積效率提高50%。實(shí)施例三、采用純度為99. 1%的純金屬釕制成源極，在900V的工件電壓和1150°C 的工件溫度下，源極電壓1000V，雙層輝光等離子滲金屬處理時(shí)間30分鐘，形成厚度為 0. 4 μ m的釕薄滲鍍層，涂層表面粗糙度R=O. 26 μ m,沉積效率提高60%。實(shí)施例四、采用純度為99. 99%的純金屬銠制成源極，840V的工件電壓和1030°C 的工件溫度下，源極電壓950V，雙層輝光等離子滲金屬處理時(shí)間120分鐘，形成厚度為 0. 9 μ m的銠薄滲鍍層，涂層表面粗糙度R=O. 28 μ m,沉積效率提高20%。上述列舉了本發(fā)明的四個(gè)實(shí)施方式，但本發(fā)明的上述實(shí)施方案都只能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明而不能限制本發(fā)明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍。因此，在不違反發(fā)明基本思想的情況下，在超大功率晶閘管熱補(bǔ)償鉬圓片表面銠、釕涂層的加工過(guò)程中，只要采用了純銠、釕為源極，并按照本發(fā)明的工藝條件使用雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)實(shí)施，都應(yīng)認(rèn)為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱補(bǔ)償鉬圓片表面涂層加工方法，以熱補(bǔ)償鉬圓片基材為工件，按照通常的方法加工，其特征是采用純度大于99%的銠或釕純金屬制成源極，以氬氣為工作氣體，工件電壓大于600V、小于900V，源極電壓850V 1000V，工件溫度大于900°C、小于1200°C的條件下，經(jīng)0. 5^2小時(shí)雙層輝光等離子滲金屬處理，完成鉬圓片表面涂層加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬圓片表面涂層加工方法，其特征是以純度為99.3%的純金屬銠為源極，在800V的工件電壓和960°C的工件溫度下，源極電壓850V，以雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)處理時(shí)間50分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬圓片表面涂層加工方法，其特征是采用純度為99.9%的純金屬釕制成源極，在850V的工件電壓和1050°C的工件溫度下，源極電壓900V，以雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)處理時(shí)間45分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬圓片表面涂層加工方法，其特征是采用純度為99.1%的純金屬釕制成源極，在900V的工件電壓和1150°C的工件溫度下，源極電壓1000V，以雙層輝光等離子滲金屬處理時(shí)間0. 5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬圓片表面涂層加工方法，其特征是采用純度為99.99%的純金屬銠制成源極，840V的工件電壓和1030°C的工件溫度下，源極電壓950V，以雙層輝光等離子滲金屬處理時(shí)間2小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求廣5任意一條所述的鉬圓片表面涂層加工方法，其特征是處理完成的熱補(bǔ)償鉬圓片表面涂層的厚度彡ι μ m,表面粗糙度Ra < 0. 3 μ m。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種制造大功率晶閘管的熱補(bǔ)償鉬圓片表面涂層的加工方法，屬純鉬材表面的高熔點(diǎn)金屬沉積加工方法。它采用純度大于99%的銠、釕作為靶材，通過(guò)雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)在鉬圓片上沉積銠、釕的薄層，采用的工藝條件是工件電壓大于600V、小于900V，源極電壓850V~1000V，工件溫度大于900℃、小于1200℃的條件下，處理時(shí)間0.5~2小時(shí)。與現(xiàn)有電鍍和電子束輔助物理氣相沉積等方法相比，本發(fā)明生產(chǎn)流程短，成品率以及涂層結(jié)合力高。尤其可以應(yīng)用于特(超)高壓直流輸電工程、大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)和高速機(jī)車牽引等領(lǐng)域的超大功率晶閘管熱補(bǔ)償鉬圓片的表面沉積銠、釕涂層的加工。
文檔編號(hào)C23C14/16GK102162087SQ20111007793
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者俞葉 申請(qǐng)人:宜興市科興合金材料有限公司