一種水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法技術

本發明專利技術涉及等離子噴涂技術領域，具體涉及一種水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法。所述方法，包括如下步驟：步驟（1）選擇純度大于99.95％的Y2O3粉末；步驟（2）對被噴涂的基材表面進行預處理；步驟（3）通過水穩等離子噴涂設備在所述基材表面進行等離子噴涂，制備出Y2O3涂層。本發明專利技術可以有效地避免Y2O3涂層中產生缺氧的Y2O3-δ相，從而使制備的Y2O3涂層為純正白色，色澤均勻，不出現雜色斑點，并且具有優異的耐刻蝕性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及等離子噴涂
，具體涉及一種水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法。
技術介紹
目前，低溫等離子體微細加工方法是材料微納加工的關鍵技術，它是微電子、光電子、微機械、微光學等制備技術的基礎，特別是在超大規模集成電路制造工藝中，有近三分之一的工序是借助于等離子體加工完成的，如等離子體薄膜沉積、等離子體刻蝕及等離子體去膠等。其中等離子體刻蝕為最關鍵的工藝流程之一，是實現超大規模集成電路生產中的微細圖形高保真地從光刻模板轉移到硅片上的不可替代的工藝。在刻蝕工藝過程中，由于存在大量的具有強腐蝕性的活性自由基(如Cl*，Cl2*,F*，CF*等)，它們對等離子刻蝕工藝腔的內表面也會產生腐蝕作用，引起污染，影響刻蝕效果，并且會使刻蝕工藝腔失效。早期的90年代的等離子刻蝕設備，在較小功率和單一等離子體發生源的情況下，·在鋁基體層上加Al2O3涂層就可以滿足等離子體對刻蝕工藝腔的蝕刻損傷。進入到300mm設備,隨著等離子功率越來越大,等離子體對刻蝕工藝腔壁的損傷也越來越大，使得在刻蝕的過程容易發生如下問題:(1)顆粒；(2)工藝腔壁涂層剝落，導致等離子體直接與鋁基體發生作用；(3)A1203零部件的壽命受到更高功率的限制。所以需要尋找一種新的途徑對刻蝕工藝腔內表面進行改性，滿足刻蝕工藝的需要。研究表明，Y2O3涂層對刻蝕工藝腔具有良好的保護作用。與Al2O3相比，Y2O3的化學性質非常穩定，具有優異的耐等離子蝕刻性能，并且和CF系氣體生成的反應產物YF3蒸氣壓低，作為顆粒難以飛散。目前，以Y2O3粉末作為噴涂材料，利用大氣等離子噴涂方法，在刻蝕工藝腔內表面制備出單一結構的Y2O3耐腐蝕涂層是一種普遍采用的方法。大氣等離子噴涂是用N2、Ar、H2及He等作為離子氣，經電離產生等離子高溫高速射流，將輸入材料熔化或熔融噴射到工作表面形成涂層的方法。其中的等離子電弧溫度極高，足夠融化包括Y2O3在內的所有的高熔點陶瓷粉末。大氣等離子噴涂工藝中，氣體環境會對涂層的最終性能有很大程度的影響。氣體的選擇原則主要是考慮實用性和經濟性。具體的要求是:(I)性能穩定，不與噴涂材料發生有害反應；(2)熱焓高，適合于難熔材料，但又不應過高而燒蝕噴嘴；(3)應選擇與電極或噴嘴不發生化學作用的氣體；(4)成本低廉，供應方便。在實際的Y2O3涂層等離子噴涂工藝中，一般采用Ar作為離子氣體，不過由于其價格昂貴，噴涂成本高。因此，需要尋找低成本的噴涂技術來制備Y2O3耐腐蝕涂層。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法，可在等離子刻蝕工藝腔內表面制備出性能優異的Y2O3涂層。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為: 一種水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法，包括如下步驟:步驟(I)，選擇純度大于99.95%的Y2O3粉末； 步驟(2)，對被噴涂的基材表面進行預處理； 步驟(3)，通過水穩等離子噴涂設備在所述基材表面進行等離子噴涂，制備出Y2O3涂層。上述方案中，所述步驟(I)中的Y2O3粉末的粒度為5 100 iim。上述方案中，所述步驟(2)中對被噴涂的基材表面進行預處理，具體包括如下步驟:對被噴涂的基材表面進行噴砂處理，并用丙酮清洗。上述方案中，所述噴砂處理采用的噴砂材料為白剛玉，噴砂粒度為50 100 ilm。上述方案中，所述步驟(3)中水穩等離子噴涂設備的電弧電壓為200 400V，電弧電流為200 600A,石墨陰極消耗速度l-6mm/min,送粉速度15 100g/min,噴涂距離80 500mm,所述水穩等尚子噴涂設備的噴槍使用去尚子水用量為2 20L/h。上述方案中，所述步驟(3)中水穩等離子噴涂設備在噴涂過程中，采用空氣噴吹方法或者循環水冷方法來冷卻基體，所述空氣噴吹方法中冷卻氣體的流量為100 2000L/min,所述循環水冷方法中冷卻水的流量為10 500L/min。上述方案中，所述步驟(3)中水穩等離子噴涂設備的陽極旋轉速度為1000-4000轉/min，其冷卻水壓為0.4-2MPa。與現有技術方案相比，本專利技術采用的技術方案產生的有益效果如下: 本專利技術采用水穩等離子噴涂技術，由于水穩等離子體中含0_2的等離子體，可以有效地避免Y2O3涂層中產生缺氧的Y203_s相，從而使制備的Y2O3涂層為純正白色，色澤均勻，不出現雜色斑點，并且具有優異的耐刻蝕性能。附圖說明圖1為本專利技術實施例提供的水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法的流程圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術技術方案進行詳細描述。如圖1所示，本專利技術實施例提供一種水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法，具體包括如下步驟: (1)選擇Y2O3粉末，粒度范圍為5 IOOiim，粉末應具有單一的立方相結構；粉末的原始粒徑為40 600nm，_■次造粒后粒徑為為5 100 u m,造粒后的大顆粒粉末呈多孔結構的球形，是由納米小顆粒組裝成的中空微米小球，具有極佳的流動性； (2)對需要被噴涂的鋁基材的刻蝕工藝腔內壁進行噴砂處理，噴砂材料為白剛玉，粒度范圍為50 100 u m,并用丙酮清洗； (3)采用PAL160型水穩等離子噴涂設備進行等離子噴涂，水穩等離子噴涂設備的電弧電壓為200 400V，電弧電流為200 600A，石墨陰極消耗速度l-6mm/min，送粉速度為15 100g/min，噴涂距離為80 500mm，水穩等離子噴涂設備的噴槍使用去離子水用量為2-20L/h ;在噴涂過程中，采用空氣噴吹方法或者循環水冷方法來冷卻基體，采用空氣噴吹方法時，冷卻氣體的流量為100 2000L/min，采用循環水冷方法時，冷卻水的流量為10 500L/min ;水穩等離 子噴涂設備的陽極旋轉速度為1000-4000轉/min，其冷卻水壓為0.4_2MPa。本專利技術使用的水穩等離子噴涂技術的具有以下特點: (1)水穩等離子射流溫度高，高溫區域寬:其最高溫度達到3萬度，焰流長度約為氣體等離子流的3倍。高溫區體積大數十倍； (2)涂層質量好、生產效率高:水穩等離子噴涂方法制備的涂層致密，其耐磨性、耐沖擊性能及硬度都較高。生產效率約為氣體等離子噴涂的10倍； (3)生產成本低:由于水的價格低廉,使用水作工作介質使生產成本大大降低； (4)可噴涂60-100u m的粗粒度粉末，對于Y2O3涂層可以減少層間界面提高涂層耐腐蝕性。 本專利技術采用水穩等離子噴涂技術制備的Y2O3涂層，由于水穩等離子體中含0_2的等離子體，可以有效地避免Y2O3涂層中產生缺氧的Y203_s相，從而使制備的Y2O3涂層為純正白色，色澤均勻，不出現雜色斑點，并且具有優異的耐刻蝕性能。以上所述僅為本專利技術的優選實施例而已，并不用于限制本專利技術，對于本領域的技術人員來說，本專利技術可有各種更改和變化。凡在本專利技術的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟（1），選擇純度大于99.95％的Y2O3粉末；步驟（2），對被噴涂的基材表面進行預處理；步驟（3），通過水穩等離子噴涂設備在所述基材表面進行等離子噴涂，制備出Y2O3涂層。

【技術特征摘要】
1.一種水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟(I)，選擇純度大于99.95%的Y2O3粉末； 步驟(2)，對被噴涂的基材表面進行預處理； 步驟(3)，通過水穩等離子噴涂設備在所述基材表面進行等離子噴涂，制備出Y2O3涂層。2.如權利要求1所述的水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法，其特征在于，所述步驟(I)中的Y2O3粉末的粒度為5 100 ii m。3.如權利要求1所述的水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法，其特征在于，所述步驟(2)中對被噴涂的基材表面進行預處理，具體包括如下步驟:對被噴涂的基材表面進行噴砂處理，并用丙酮清洗。4.如權利要求3所述的水穩等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法，其特征在于，所述噴砂處理采用的噴砂材料為白剛玉，噴砂粒度為50 100 u m。5.如權利要求1所述的水·穩等離子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王文東，劉邦武，夏洋，李勇滔，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：發明
國別省市：