一种陶瓷材料及其耐等离子涂层的制备方法与流程

1.本发明涉及陶瓷材料及其涂层的制备方法，尤其涉及一种陶瓷材料及其耐等离子涂层的制备方法。


背景技术：

2.在目前的芯片和面板的生产工艺中，存在多个使用等离子体的过程，例如物理气相沉积、化学气相沉积、干刻等等。由于等离子体中的激发态分子、离子、自由基都具有较高的化学活性，上述这些过程对生产设备上的部件侵蚀性非常大。为增强设备及其部件的耐等离子侵蚀性能，现有的芯片和面板的生产设备的部件通常会通过热喷涂工艺覆上一层al2o3或y2o3陶瓷涂层，以延长设备和部件的使用寿命，同时减少等离子体侵蚀过程中产生的颗粒物，提高产品良率。
3.随着芯片和面板的加工工艺的不断发展，对设备部件上涂层在耐等离子侵蚀性能上的要求不断增加，同时也要求这些涂层有良好的附着力和力学性能，防止其在使用过程中出现剥落，从而影响设备部件的使用寿命和产品良率。al2o3涂层在耐等离子侵蚀性上相对较差，在部分工艺上，al2o3涂层已经不能满足要求。y2o3涂层虽然目前依然能满足大部分工艺的需求，但由于其涂层的致密度较差，其耐等离子侵蚀的性能依然不能满足设备部件长期使用的需求。


技术实现要素：

4.为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种可用于芯片和面板加工设备和部件的耐等离子侵蚀的陶瓷材料，及用这种陶瓷材料制备更致密、力学性能更好、及耐等离子侵蚀性能更强的涂层的方法。
5.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种陶瓷材料，所述陶瓷材料由以下元素的氧化物粉末混合而成，所述元素包括y、w、mg、si、al和zr。
6.优选地，所述元素按原子数量计含量为：50～70％的y、5～15％的w、5～10％的mg、5～10％的si、5～10％的al和5～15％的zr。
7.优选地，所述元素的氧化物粉末的直径为10～100μm。
8.本发明提供的一种耐等离子涂层的制备方法，所述方法步骤如下：
9.(1)对待喷涂基材的表面进行清洗和干燥；
10.(2)对待喷涂基材表面进行喷砂处理；
11.(3)对待喷涂基材进行预热，使其温度上升到50～100℃；
12.(4)将权利要求3所述陶瓷材料喷涂至基材表面形成陶瓷涂层。
13.优选地，步骤(2)采用60～150目白刚玉沙进行喷砂；喷砂压力为3～5kgf。
14.优选地，步骤(2)喷砂后，基材表面粗糙度增加至1～5μm。
15.优选地，步骤(4)用于形成等离子的气体为氩气和氢气，氩气流量为30～100nlpm，氢气流量为3～10nlpm，其中流量单位nlpm的全称为normal liter per minute。
16.优选地，步骤(4)用大气等离子喷涂设备将权利要求1
‑
3任一项所述陶瓷材料喷涂至基材表面形成陶瓷涂层。
17.优选地，所述大气等离子喷涂设备的喷嘴到基材表面的距离为10～20cm。
18.优选地，所述陶瓷涂层厚度在1000μm以下，表面粗糙度在3μm以下。
19.本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明制备的耐等离子涂层，有更好的延展性、致密性，且有更强的耐等离子侵蚀的性能，从而可以显著延长设备部件的在芯片和面板加工过程中的使用寿命，有效降低芯片和面板工厂在采购设备配件上的成本。同时，由于该陶瓷涂层优越的耐侵蚀性能，可有效减低在芯片和面板加工过程中颗粒物的产生，提升产品良率。
附图说明
20.图1为用实施例一中所述陶瓷材料及制备方法在al基底上形成的耐等离子涂层。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
22.实施例一：
23.本实施例的陶瓷材料由以下原料组成：含有y、w、mg、si和al的氧化物粉末，所述氧化物粉末直径在10～100μm，按以下的原子数量比用混粉机进行均匀混合：50％的y，10％的w，10％的mg，10％的si，10％的al和10％的zr。
24.本实施例的耐等离子涂层通过以下方法制得：
25.步骤(1)：对需要喷涂基材al的表面进行清洗和干燥；
26.步骤(2)：对基材al表面进行喷砂处理，其中喷砂压力为3.5kgf,喷砂为60目白刚玉砂，喷砂后，基材表面粗糙度增加至4μm；
27.步骤(3)：对基材al进行预热，使其温度上升到70℃。
28.步骤(4)：用大气等离子喷涂设备，将上述陶瓷粉末喷涂至基材al表面，其中，用于形成等离子的气体为氩气和氢气，氩气流量为60nlpm，氢气流量为6nlpm。喷嘴到基材表面的距离为10cm。形成的涂层厚度为800μm，表面粗糙度在1μm以下。
29.实施方式二：
30.本实施例的陶瓷材料由以下原料组成：含有y、w、mg、si和al的氧化物粉末，所述氧化物粉末直径在10～100μm，按以下的原子数量比用混粉机进行均匀混合：70％的y，5％的w，5％的mg，5％的si，5％的al和10％的zr。
31.本实施例的耐等离子涂层通过以下方法制得：
32.步骤(1)：对需要喷涂基材的进行清洗和干燥；
33.步骤(2)：对基材表面进行喷砂处理，其中喷砂压力为4kgf,喷砂为80目白刚玉沙，喷砂后，基材表面粗糙度增加至3.5μm；
34.步骤(3)：对基材进行预热，使其温度上升到70℃，
35.步骤(4)：用大气等离子喷涂设备，将上述陶瓷粉末喷涂至基材表面。其中，用于形成等离子的气体为氩气和氢气，氩气流量为50nlpm，氢气流量为5nlpm。喷嘴到基材表面的
距离为10cm。形成的涂层厚度为800μm，表面粗糙度在1μm以下。
36.实施例三：
37.本实施例的陶瓷材料由以下原料组成：含有y、w、mg、si和al的氧化物粉末，所述氧化物粉末直径在10～100μm，按以下的原子数量比用混粉机进行均匀混合：60％的y，15％的w，10％的mg，5％的si，5％的al和5％的zr。
38.本实施例的耐等离子涂层通过以下方法制得：
39.步骤(1)：对需要喷涂基材的进行清洗和干燥；
40.步骤(2)：对基材表面进行喷砂处理，其中喷砂压力为5kgf,喷砂为60目白刚玉沙，喷砂后，基材表面粗糙度增加至5μm；
41.步骤(3)：对基材进行预热，使其温度上升到100℃，
42.步骤(4)：用大气等离子喷涂设备，将上述陶瓷粉末喷涂至基材表面，其中，用于形成等离子的气体为氩气和氢气，氩气流量为100nlpm，氢气流量为10nlpm，喷嘴到基材表面的距离为20cm，形成的涂层厚度为800μm，表面粗糙度在1μm以下。
43.实施例四
44.本实施例的陶瓷材料由以下原料组成：含有y、w、mg、si和al的氧化物粉末，所述氧化物粉末直径在10～100μm，按以下的原子数量比用混粉机进行均匀混合：50％的y，10％的w，10％的mg，10％的si，5％的al和15％的zr。
45.本实施例的耐等离子涂层通过以下方法制得：
46.步骤(1)：对需要喷涂基材的进行清洗和干燥；
47.步骤(2)：对基材表面进行喷砂处理，其中喷砂压力为3kgf,喷砂为150目白刚玉沙，喷砂后，基材表面粗糙度增加至2.5μm；
48.步骤(3)：对基材进行预热，使其温度上升到50℃。
49.步骤(4)：用大气等离子喷涂设备，将上述陶瓷粉末喷涂至基材表面。其中，用于形成等离子的气体为氩气和氢气，氩气流量为30nlpm，氢气流量为3nlpm，喷嘴到基材表面的距离为15cm。形成的涂层厚度为800μm，表面粗糙度在1μm以下。
50.以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。