CN102627475A - 陶瓷工件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种陶瓷工件及其制造方法,其中陶瓷工件包含了一陶瓷基材以及一嫁接层。嫁接层是以反应性真空镀膜的方式设置于陶瓷基材之上,且嫁接层为碳化金属(MxCy)、氧化金属(MxOy)或氮化金属(MxNy)。嫁接层还可为一成分比例渐变或是厚度渐变的镀层,用以提升陶瓷基材与镀于其上的金属材料的附着性。
Description
技术领域
本发明是涉及一种陶瓷工件及其制造方法,特别是涉及一种具有渐变金属碳化物层或渐变金属氧化物层的陶瓷工件及其制造方法。
背景技术
目前,习知的陶瓷外壳上,常会镀覆一层金属层作为装饰用,然而由于不同材质之间的晶格差距过大,容易造成在异质接面上有硬残余应力过大的问题,因此容易形成掉漆或掉膜的问题,使得消费性电子产品的外表经不起时间的考验。
习知在镀覆金属膜层时常使用的方法包含电镀或电弧镀膜法,然而这些方法对于金属装饰层的附着力皆未能有提高的效果。因此,提供一种具有高度粘附效果的金属装饰层与陶瓷基材之间的嫁接材料以及其制作方法,就显得刻不容缓了。
发明内容
有鉴于上述现有技术的问题,本发明的目的就是在于提供一种陶瓷工件及其制造方法,以解决陶瓷外壳上镀覆金属时附着力不足的问题。
根据本发明的目的,提出一种陶瓷工件,其包含了一陶瓷基材以及一嫁接层。嫁接层是以反应性真空镀膜的方式设置于陶瓷基材的一面上,且嫁接层为碳化金属(MxCy)、氧化金属(MxOy)或氮化金属(MxNy)。
其中,嫁接层还包含一第一嫁接子层以及一第二嫁接子层。第一嫁接子层(MaCb)是设于陶瓷基材的所述面上,而第二嫁接子层(McCd)则设于第一嫁接子层上,且a+b=1,c+d=1且a<c。
其中,嫁接层还包含一第一嫁接子层以及一第二嫁接子层。第一嫁接子层(MaOb)是设于陶瓷基材的面上,而第二嫁接子层(McOd)则设于第一嫁接子层上,且a+b=1,c+d=1且a<c。
其中,嫁接层还包含一第一嫁接子层以及一第二嫁接子层。第一嫁接子层(MaNb)是设于陶瓷基材的面上,而第二嫁接子层(McNd)则设于第一嫁接子层上,且a+b=1,c+d=1且a<c。
其中,嫁接层还包含一第一嫁接子层以及一第二嫁接子层。第一嫁接子层是设于陶瓷基材的所述面上,而第二嫁接子层则设于第一嫁接子层上,且第一嫁接子层的厚度小于第二嫁接子层的厚度。
其中,嫁接层还包含一第一嫁接子层以及一第二嫁接子层。第一嫁接子层是设于陶瓷基材的所述面上,而第二嫁接子层则设于第一嫁接子层上,且第一嫁接子层的厚度大于第二嫁接子层的厚度。
其中,嫁接层的厚度是介于1~500内米。
其中,陶瓷工件还包含一金属层,且金属层设置于嫁接层上。
根据本发明的目的,再提出一种陶瓷工件的制造方法,其包含提供一陶瓷基材,并以电浆轰击陶瓷基材的一面,再以真空镀膜法进行反应性镀膜在陶瓷基材的所述面上镀制一嫁接层,嫁接层为碳化金属(MxCy)、氧化金属(MxOy)或氮化金属(MxNy)。
其中,镀制嫁接层还包含先在陶瓷基材的所述面上镀制一第一嫁接子层(MaCb),再在第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层(McCd),且a+b=1,c+d=1,a<c。
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其中,镀制嫁接层还包含先在陶瓷基材的所述面上镀制一第一嫁接子层(MaNb),再在第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层(McNd),且a+b=1,c+d=1,a<c。
其中,镀制嫁接层还包含先在陶瓷基材的一面上镀制一第一嫁接子层,再在第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层,且第一嫁接子层的厚度小于第二嫁接子层的厚度。
其中,镀制嫁接层还包含先在陶瓷基材的一面上镀制一第一嫁接子层,再在第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层,且第一嫁接子层的厚度大于第二嫁接子层的厚度。
其中,浆轰击或真空镀膜的工作压力为10-2~10-4Pa。
其中,陶瓷工件的制造方法是通入氩气及一有机气体、氧气、氮气或这些气体至少二者的组合作为真空镀膜的电浆气体。
其中,有机气体为甲烷或乙炔。
其中,嫁接层的厚度是介于1~500内米。
其中,陶瓷工件的制造方法还包含下列步骤以真空镀膜的方式在嫁接层上设置一金属层。
综上所述,根据本发明的陶瓷工件及其制造方法,其可具有一或多个下述优点:
(1)此陶瓷工件及其制造方法可通过在陶瓷基材与金属镀层之间设置一层嫁接层,由此可提高金属镀材的附着性。
(2)此陶瓷工件及其制造方法可通过渐变嫁接层的浓度或厚度,由此可解决金属镀材无法牢固在陶瓷基材上的问题。
附图说明
图1为本发明的陶瓷工件的制造方法的流程图;
图2为本发明的陶瓷工件的制造方法的另一流程图;
图3为本发明的陶瓷工件的制造方法的另一流程图;
图4为本发明的陶瓷工件的制造方法的示意图;
图5为本发明的陶瓷工件的第一实施例示意图;
图6为本发明的陶瓷工件的第二实施例示意图;
图7为本发明的陶瓷工件的第三实施例示意图;以及
图8为本发明的陶瓷工件的第四实施例示意图。
主要组件符号说明:
2:溅镀系统;
20、50、60、70、80:陶瓷基材;
21:载台;
22:电浆;
23:溅镀枪;
24:靶材;
240:金属原子;
5、6、7、8:陶瓷工件;
51、61、71、81:嫁接层;
610、710:第一嫁接子层;
611、711:第二嫁接子层;
52、62、72、82:金属层;
810:碳化金属嫁接层;
8100:第一碳化金属嫁接子层;
8101:第二碳化金属嫁接子层;
8102:第三碳化金属嫁接子层;
8103:第四碳化金属嫁接子层;
811:金属嫁接层;
812:合金嫁接层;以及
S10~S30、S300~S303:步骤。
具体实施方式
请参阅图1,其为本发明陶瓷工件的制造方法的流程图。如图1所示,本发明陶瓷工件的制造方法,其包含下列步骤:
(S10)提供一陶瓷基材;
(S20)以电浆轰击陶瓷基材的一面;以及
(S30)以真空镀膜法进行反应性镀膜在陶瓷基材的所述面上镀制一嫁接层,嫁接层为碳化金属(MxCy)、氧化金属(MxOy)或氮化金属(MxNy)。
请参阅图2,其为本发明陶瓷工件的制造方法的另一流程图。如图2所示,本发明陶瓷工件的制造方法,步骤(S30)还包含下列步骤:
(S300)在陶瓷基材的一面上镀制一第一嫁接子层(MaCb);以及
(S301)在第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层(McCd),且a+b=1,c+d=1,a<c。
其中,第一嫁接子层及第二嫁接子层也可以是氧化金属层(MaOb或McOd)或氮化金属(MaNb或McNd),在这里为了省略说明,便不绘出镀制氧化金属层及氮化金属层的流程图。
请参阅图3,其为本发明陶瓷工件的制造方法的另一流程图。本实施方式与上述的实施方式的不同处在于,步骤(S30)中,镀制嫁接层还可包含下列步骤:
(S302)在陶瓷基材的一面上镀制一第一嫁接子层;以及
(S303)在第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层,且第一嫁接子层的厚度小于第二嫁接子层的厚度。
然而,于本发明所属技术领域具有通常知识者应可轻易理解,将第一嫁接子层的厚度设置的较第二嫁接子层的厚度大也是同属本发明范畴的另一实施例,本处的附图以及说明为举例而非限制性的,在此先行说明。
请参阅图4,其为本发明陶瓷工件的制造方法的示意图。如图4的左边所示,陶瓷基材20是设置在一溅镀系统2内,并放置于一载台21上加热至约175~225℃。在降低工作压力到至少10-4Pa(背景压力)之后,随即在通入氩气(Ar)50mcc/min后调整工作压力至10-2~10-3Pa,并将载台通入直流或交流电压15~35伏特(功率80%),以令氩气转变为电浆22并轰击所述陶瓷基材20大约5~15分钟作为表面清洁。
再如图4右边所示,此时即进行反应性溅镀:通入甲烷或乙炔或其它含碳的气体、氧气或氮气以作为形成碳化金属嫁接层、氧化金属嫁接层或氮化金属嫁接层的碳、氧或氮的来源。将溅镀枪23通入直流或交流电压(如射频等)80~130伏特(功率40~85%),以在靶材24附近产生溅镀靶材24用的电浆,且同时降低通至陶瓷基材20的偏压功率至约15~25%。其中,靶材24为金属材质,其可为铁、铬、锌、钨或钛等。此时,靶材24即被电浆溅镀出至少一金属原子240并朝向陶瓷基材20移动,进而在金属基板上与因电浆化而从甲烷或乙炔中所释放出来的碳产生化学反应,产生金属碳化物MxCy嫁接层、氧化金属MxOy嫁接层或氮化金属MxNy嫁接层,如Fe3C、TiO2、AlN或其它视金属靶材的种类不同而产生不同的金属碳化物、金属氧化物或金属氮化物。
其中,当要生产浓度渐变的嫁接层时,便以一定的时间间隔将溅镀枪23的功率增加或增加氩气/碳来源气体或氩气/氧气的比例,即可增加靶材24单位时间的被溅镀量或减少碳、氧或氮来源,以提升嫁接层的金属含量;或者可以以不同的时间间隔将溅镀枪23的功率增加,以产生浓度不同、厚度也不同的渐变层的效果,有效增加膜层的附着力。
最后,停止通入甲烷或乙炔或其它含碳的气体、氧气或氮气,使得电浆的气体来源仅仅只有氩气,此时在陶瓷基材20上的金属原子240便不再产生反应,而仅以纯金属层的方式镀覆在嫁接层上。另外,金属溅镀枪也不仅仅只限于图中的一支,其可以有多个溅镀枪同时或间隔地溅镀相同或不同的金属,本发明并不在此作为限制,在此先行说明。如此的接合方式可以有效的提高金属层与陶瓷基材20的接合力。在一些较佳的实施例中,嫁接层的总厚度是介于1~500内米。
其中,陶瓷基材可为碳化硅、氧化铝等常用工业陶瓷基材;通至金属靶材24的电源约在5V~300V之间,且其功率范围约10%~85%之间;而通至陶瓷基材20的偏压电源则约在0~150V之间,功率范围15~90%。上述的操作是由所生产不同的工件而定,本发明并不在此作出限制。
请参阅图5,其为本发明陶瓷工件的第一实施例示意图。如图5所示,本发明的陶瓷工件5,其包含了一陶瓷基材50以及一嫁接层51。嫁接层51是以反应性真空镀膜的方式设置在陶瓷基材50上,且嫁接层51为碳化金属(MxCy)。其中,陶瓷基材50是可为碳化硅等常用工业陶瓷基材,而嫁接层51是可以用上述的方法沉积成一层的形状,如本实施例所示,且嫁接层51上还可设置有一金属层52(如铜、钛等常用金属),嫁接层51即可有效的接合金属层52及陶瓷基材50。
请参阅图6,其为本发明陶瓷工件的第二实施例示意图。如图6所示,本发明的陶瓷工件6包含了一陶瓷基材60、一嫁接层61以及一金属层62。嫁接层61是以反应性真空镀膜的方式设置在陶瓷基材60之上,且嫁接层61为碳化金属(MxCy);而金属层62则以真空镀膜的方式设置在嫁接层61上。在本实施例中,嫁接层61还包含一第一嫁接子层610以及一第二嫁接子层611。第一嫁接子层(MaCb)610是设于陶瓷基材60的一面上,而第二嫁接子层(McCd)611则设于第一嫁接子层610上,且a+b=1,c+d=1且a<c。亦即,本实施例是将整个嫁接层61分成多个成分的组成,且较上层的嫁接层61的金属比例较高,如此一来在嫁接陶瓷基材60以及金属层61时,即可以缓慢渐变的方式接合陶瓷基材60以及金属层61,所造成的接合面应力较小,接合强度有效提高。
请参阅图7,其为本发明陶瓷工件的第三实施例示意图。如图7所示,本发明的陶瓷工件7包含了一陶瓷基材70、一嫁接层71以及一金属层72。嫁接层71是以反应性真空镀膜的方式设置在陶瓷基材70之上,且嫁接层71为氧化金属(MxOy);而金属层72则以真空镀膜的方式设置在嫁接层71上。在本实施例中,嫁接层71还包含一第一嫁接子层710以及一第二嫁接子层711。第一嫁接子层(MaOb)710是设于陶瓷基材70的一面上,而第二嫁接子层(McOd)711则设在第一嫁接子层710上,且a+b=1,c+d=1且a<c。在本实施例中,第一嫁接子层710的厚度小于第二嫁接子层711的厚度,此实施例即为结合了厚度与浓度的渐变关系,有效达到增加接合强度的效果。
另外,虽然并未绘在附图中,然而于本发明所属技术领域具有通常知识者应可轻易理解,将前述实施例中的氧气或有机气体更换成氮气后即可完成以氮化金属为主的嫁接子层,亦即第一嫁接子层可为(MaNb)而第二嫁接子层可为(McNd),因此以氮化金属为主的嫁接子层是同属本发明范畴的另一实施例,前面所描述过的实施例、附图以及说明为举例而非限制,在此先行说明。
请参阅图8,其为本发明陶瓷工件的第四实施例示意图。如图8所示,本发明陶瓷工件8是包含一陶瓷基材80、一嫁接层81以及一金属层82。其中,嫁接层81包含了一碳化金属嫁接层810、一金属嫁接层811以及一合金嫁接层812。碳化金属嫁接层810包含了第一碳化金属嫁接子层8100、第二碳化金属嫁接子层8101、第三碳化金属嫁接子层8102以及第四碳化金属嫁接子层8103。本实施例的陶瓷基材80为碳化硅,金属嫁接层811为金属钛,而金属层82为金属铜。
在此要先说明的是,第一碳化金属嫁接子层8100、第二碳化金属嫁接子层8101、第三碳化金属嫁接子层8102以及第四碳化金属嫁接子层8103皆属于前述实施例中的嫁接子层,本实施例是大幅的扩充嫁接子层的结构。
在本实施例中,陶瓷基材80首先于背景压力中先被加热至175~225℃,接着便通入25~75m C.C的氩气并调整工作压力至10-2~10-3Pa且对陶瓷基材80通入约15~25V,功率80%的基板偏压以进行基板表面处理约15~25分钟。之后便通入乙炔并维持氩气/乙炔比约2.25的比例,且打开溅镀枪以功率80%(降低基板偏压功率至20%),75~90V溅镀钛靶,使得钛原子溅镀至陶瓷基材80上产生反应性溅镀以形成第一碳化金属嫁接子层8100,亦即碳化钛(TixCy)。
在大约7~12分钟后,随即提升氩气/乙炔比至大约2.3的比例,以形成第二碳化金属嫁接子层8101。由于乙炔通入的比例相对下降,因此在本第二碳化金属嫁接子层8101层中碳化钛(TixCy)y对x的比例也跟着下降了。在相同的时间间隔后,再度提升氩气/乙炔比至大约3的比例,并进一步提升钛靶溅镀枪的电压至90~110V以更进一步提升钛原子的比例,而形成第三碳化金属嫁接子层8102。最后,再度提升氩气/乙炔比至大约6的比例,并进一步提升钛靶溅镀枪的电压至100~130V以更进一步提升钛原子的比例,而形成第四碳化金属嫁接子层8103。由于各层溅镀的时间间隔皆相同,因此各子层的厚度也相同。
在形成第四碳化金属嫁接子层8103之后,随即关闭乙炔以进行纯粹的钛原子溅镀。在溅镀相同的厚度的钛金属层(金属嫁接层811)后,开启另外一只溅镀枪以同时溅镀铜靶,此时调整两只溅镀枪功率及电压皆相同(40%,100V)以形成与前述嫁接层厚度相同的钛铜介金属化合物或钛铜合金,即合金嫁接层812。之后便关闭钛靶溅镀枪,仅留下溅镀铜靶的溅镀枪继续进行溅镀纯铜以形成金属层82。最后则进行热处理,将整个陶瓷工件8升温至550~650持温10~15分钟后,炉冷至室温。
然而,在本发明所属技术领中具有通常知识者应可了解,在本实施例中,若将乙炔气体置换成氧气或氮气,即可形成含氧化金属之嫁接层或含氮化金属之嫁接层,在此为了简化描述,便不再赘述。
在本实施例中举例了可以有两组以上的嫁接层以及嫁接子层,且每层嫁接子层的金属浓度都呈现渐变式的型态。且通过在百格测试(ASTM D3359,刀间距1mm,X-Y各10格)测试条件下,本发明有效的提升金属层对陶瓷基材的附着力至大于4B且不易龟裂(现有技术约3B且易龟裂),可见本发明实质上确实提升了金属层对陶瓷基材的附着力。
综上所述,本发明可通过嫁接层增进陶瓷基材与金属层的附着力,且可更进一步通过多个嫁接子层以不同的浓度或厚度作为渐变的条件,有效的解决陶瓷基材上镀覆其它金属时,附着力不够容易掉漆的问题。
以上所述仅为举例性,而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴,而对其进行的等效修改或变更,均应包含于本发明的权利要求中。
Claims (19)
1.一种陶瓷工件,其特征在于,其包含:
一陶瓷基材;以及
一嫁接层,其设置于所述陶瓷基材的一面上,且所述嫁接层为碳化金属MxCy、氧化金属MxOy或氮化金属MxNy。
2.如权利要求1所述的陶瓷工件,其特征在于,所述嫁接层还包含:
一第一嫁接子层MaCb,是设于所述陶瓷基材的所述面上;以及
一第二嫁接子层McCd,是设于所述第一嫁接子层上;
其中,a+b=1,c+d=1且a<c。
3.如权利要求1所述的陶瓷工件,其特征在于,所述嫁接层还包含:
一第一嫁接子层MaOb,是设于所述陶瓷基材的所述面上;以及
一第二嫁接子层McOd,是设于所述第一嫁接子层上;
其中,a+b=1,c+d=1且a<c。
4.如权利要求1所述陶瓷工件,其特征在于,所述嫁接层还包含:
一第一嫁接子层MaNb,是设于所述陶瓷基材的所述面上;以及
一第二嫁接子层McNd,是设于所述第一嫁接子层上;
其中,a+b=1,c+d=1且a<c。
5.如权利要求1所述的陶瓷工件,其特征在于,所述嫁接层还包含:
一第一嫁接子层,是设于所述陶瓷基材的所述面上;以及
一第二嫁接子层,是设于所述第一嫁接子层上;
其中,所述第一嫁接子层的厚度小于所述第二嫁接子层的厚度。
6.如权利要求1所述的陶瓷工件,其特征在于,所述嫁接层还包含:
一第一嫁接子层,是设于所述陶瓷基材的所述面上;以及
一第二嫁接子层,是设于所述第一嫁接子层上;
其中,所述第一嫁接子层的厚度大于所述第二嫁接子层的厚度。
7.如权利要求1所述的陶瓷工件,其特征在于,所述嫁接层的厚度是介于1~500纳米。
8.如权利要求1所述的陶瓷工件,其特征在于,其还包含一金属层,所述金属层是设置于所述嫁接层之上。
9.一种陶瓷工件的制造方法,其特征在于,包含下列步骤:
提供一陶瓷基材;
以电浆轰击所述陶瓷基材的一面;以及
以真空镀膜法进行反应性镀膜在所述陶瓷基材的所述面上镀制一嫁接层,所述嫁接层为碳化金属MxCy、氧化金属MxOy或氮化金属MxNy。
10.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,镀制所述嫁接层还包含下列步骤:
在所述陶瓷基材的所述面上镀制一第一嫁接子层MaCb;以及
在所述第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层McCd;
其中,a+b=1,c+d=1且a<c。
11.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,镀制所述嫁接层还包含下列步骤:
在所述陶瓷基材的所述面上镀制一第一嫁接子层MaOb;以及
在所述第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层McOd;
其中,a+b=1,c+d=1且a<c。
12.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,镀制所述嫁接层还包含下列步骤:
在所述陶瓷基材的所述面上镀制一第一嫁接子层MaNb;以及
在所述第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层McNd;
其中,a+b=1,c+d=1且a<c。
13.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,镀制所述嫁接层还包含下列步骤:
在所述陶瓷基材的所述面上镀制一第一嫁接子层;以及
在所述第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层;
其中,所述第一嫁接子层的厚度小于所述第二嫁接子层的厚度。
14.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,镀制所述嫁接层还包含下列步骤:
在所述陶瓷基材的所述面上镀制一第一嫁接子层;以及
在所述第一嫁接子层上镀制一第二嫁接子层;
其中,所述第一嫁接子层的厚度是大于所述第二嫁接子层的厚度。
15.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,电浆轰击或真空镀膜的工作压力为10-2~10-4Pa。
16.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,其是通入氩气、一有机气体、氧气、氮气或这些气体至少二者的组合作为真空镀膜的电浆气体。
17.如权利要求16所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,所述有机气体为甲烷或乙炔。
18.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,所述嫁接层的厚度是介于1~500纳米。
19.如权利要求9所述的陶瓷工件的制造方法,其特征在于,其还包含下列步骤:
以真空镀膜的方式在所述嫁接层上设置一金属层。
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