本發(fā)明公開一種溶射設(shè)備及溶射方法，特別是一種氧化釔陶瓷等離子溶射設(shè)備及溶射方法。

背景技術(shù)：

隨著液晶面板和集成電路制造設(shè)備的大型化，設(shè)備的功率也隨之提高，以確保高世代生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和品質(zhì)要求，而制造設(shè)備在功率增加的同時，對設(shè)備組件表面特性的要求也隨之有了大幅的提高，因此，需要對設(shè)備組件的表面進(jìn)行特殊處理，以增加其使用壽命。常規(guī)的做法通常是應(yīng)用在干刻(Dry Etch)和化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備中，對于小世代液晶面板生產(chǎn)線和小尺寸晶圓生產(chǎn)設(shè)備使用氧化鋁陶瓷(即在組件表面附著一側(cè)氧化鋁陶瓷)即可滿足抗等離子蝕刻(Plasma Etching)的要求，而設(shè)備升級后，氧化鋁陶瓷抗高強(qiáng)度等離子蝕刻(plasma etching)時，氧化鋁陶瓷壽命快速縮短，影響設(shè)備運(yùn)行，增加客戶高端設(shè)備風(fēng)險。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的液晶面板和集成電路制造設(shè)備中的組件表面采用氧化鋁陶瓷，容易損壞，存在風(fēng)險的問題，本發(fā)明提供一種氧化釔陶瓷等離子熔射設(shè)備及熔射方法，其采用特殊的設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝方法，可使工件表面具備氧化釔的特性，大大延長客戶設(shè)備運(yùn)行時間，確保設(shè)備的壽命。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種氧化釔陶瓷等離子溶射設(shè)備，該設(shè)備包括控制中心、送粉器、冷卻系統(tǒng)、等離子槍、氣體系統(tǒng)、電源和機(jī)械手，送粉器通過送粉管道連接至等離子槍內(nèi)，氣體系統(tǒng)與等離子槍連接，冷卻系統(tǒng)圍繞在等離子槍周圍，電源分別與控制中心、送粉器、冷卻系統(tǒng)、等離子槍、氣體系統(tǒng)和機(jī)械手連接，等離子槍固定在機(jī)械手上。

一種采用上述的氧化釔陶瓷等離子溶射設(shè)備的熔射方法，該方法包括下述步驟：

A、工件表面化學(xué)清洗：采用70％±2濃度的濃硝酸和純水按照體積比為1:1的比例進(jìn)行混合，將工件放入混合液中浸泡1～2小時，對其進(jìn)行常壓化學(xué)清洗，清洗時，混合液溫度保持在40℃～50℃；

B、工件純水漂洗：將工件撈出放入流動的純水中浸泡沖洗30分鐘以上；

C、超聲波清洗：將工件放入超聲波清洗槽中，超聲波清洗槽中放入純水，采用功率為1.2Kw的超聲波進(jìn)行超聲波震蕩清洗30分鐘以上；

D、干燥：采用CDA吹干，干燥溫度為100±5°，干燥時間為30分鐘以上；

E、噴砂：采用WA46#利用3～5Kgf/cm2的壓力，距離工件300±50mm的距離，噴射角度為45°～90°的角度對工件進(jìn)行表面噴砂處理，利用粗糙度檢測儀對其表面進(jìn)行粗糙度檢測，保證工件表面粗糙度達(dá)到Ra＞3μm；

F、高壓水洗：采用純水，水壓保持在50bar，水槍出水口距離工件表面的距離為30～50cm，對工件表面進(jìn)行全面清洗；

G、超聲波清洗：將工件放入超聲波清洗槽中，超聲波清洗槽中放入純水，采用功率為1.2Kw的超聲波進(jìn)行超聲波震蕩清洗30分鐘以上；

H、干燥：采用CDA吹干，干燥溫度為100±5°，干燥時間為30分鐘以上；

I、進(jìn)行溶射作業(yè)：氣體系統(tǒng)將等離子氣體Ar和He經(jīng)配管送至等離子槍內(nèi)，通入流量為Ar：110SCFH±0.5％，He：60SCFH±0.5％；等離子槍通入電流為450A，電壓為：38～45V，送粉率為15-20g/min，陶瓷采用氧化釔粉末，粉末粒徑為：15～45μm，噴涂距離為等離子槍出口距離工件表面為110-120mm，噴涂速度：500mm/sec，經(jīng)多層噴涂，直至達(dá)到設(shè)定厚度；

J、品質(zhì)檢驗(yàn)：粗糙度采用粗糙度檢測儀對其表面進(jìn)行粗糙度檢測，保證工件表面粗糙度達(dá)到Ra為3～6μm，氧化釔溶射層厚度為200±20μm；

K、高壓水洗：采用純水，水壓保持在50bar，水槍出水口距離工件表面的距離為30～50cm，對工件表面進(jìn)行全面清洗；

L、超聲波清洗：將工件放入超聲波清洗槽中，超聲波清洗槽中放入純水，采用功率為1.2Kw的超聲波進(jìn)行超聲波震蕩清洗30分鐘以上；

M、干燥：采用CDA吹干，干燥溫度為120±5°，干燥時間為2小時；

N、最終檢驗(yàn)：采用表面粒子測定儀進(jìn)行表面檢測，0.3μm顆粒每平方厘米少于3個。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括：

所述的設(shè)備還包括集塵系統(tǒng)，集成系統(tǒng)設(shè)置在控制中心、送粉器、冷卻系統(tǒng)、等離子槍、氣體系統(tǒng)、電源和機(jī)械手組成的熔射設(shè)備的主體外部。

所述的等離子槍內(nèi)設(shè)有陰極電極和陽極電極。

所述的氣體系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有質(zhì)量式流量控制器。

所述的送粉器包括筒狀容腔、送粉腔和扇形阻擋件，送粉腔安裝在筒狀容腔底部，且與筒狀容腔相連通，送粉腔頂部開設(shè)有送粉口，扇形阻擋件設(shè)置在送粉腔內(nèi)，通過扇形阻擋件將送粉腔分割成多個送粉區(qū)。

所述的扇形阻擋件設(shè)有兩個以上。

所述的冷卻系統(tǒng)包括水管、外循環(huán)水泵和制冷裝置，制冷裝置與外循環(huán)水泵連接，外循環(huán)水泵通過水管與等離子槍連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明等離子陶瓷溶射就是為滿足高世代面板和大尺寸晶圓設(shè)備組件的表面特性改進(jìn)，采用本發(fā)明不僅可以恢復(fù)零件尺寸，而且還能提高耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性，可以給母體材料增加原來沒有的各種優(yōu)良性能。等離子溶射加工，是以等離子體的能量作為熱源，把粉末狀固體物質(zhì)溶化，通過等離子流，將熔化后的材料加速，吹附在母體材料表面，形成皮膜。溶射加工在大氣中或減壓保護(hù)氣體中進(jìn)行，是改變材料表面質(zhì)量的一種新的有效的新方法。隨著溶射材料種類的增多，不僅可以恢復(fù)零件尺寸，而且還能提高耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性，可以給母體材料增加原來沒有的各種優(yōu)良性能。采用本發(fā)明工藝可使產(chǎn)品表面涂層孔隙率達(dá)到2％以下，產(chǎn)品結(jié)合力達(dá)到3000psi以上；涂層厚度可達(dá)到300μm。

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明設(shè)備原理結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明送粉器立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明送粉器分解狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明加工的產(chǎn)品性能的測試實(shí)驗(yàn)室(機(jī)械性能)試驗(yàn)報告。

圖5為本發(fā)明加工的產(chǎn)品性能的測試實(shí)驗(yàn)室(金相)試驗(yàn)報告第一頁。

圖6為本發(fā)明加工的產(chǎn)品性能的測試實(shí)驗(yàn)室(金相)試驗(yàn)報告第二頁。

圖7為本發(fā)明加工的產(chǎn)品性能的測試實(shí)驗(yàn)室(金相)試驗(yàn)報告第三頁。

圖中，1-等離子槍，2-氣體系統(tǒng)，3-冷卻系統(tǒng)，4-送粉器，5-筒狀容器，6- 送粉腔，7-送粉口，8-扇形阻擋件。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。

請參看附圖1，本發(fā)明中的氧化釔陶瓷等離子熔射設(shè)備主要包括控制中心、送粉器4、冷卻系統(tǒng)3、等離子槍1、氣體系統(tǒng)2、電源和機(jī)械手，本實(shí)施例中，送粉器4通過送粉管道連接至等離子槍1的出口處位置，氣體系統(tǒng)2與等離子槍1連接，冷卻系統(tǒng)3圍繞在等離子槍1周圍，用于對等離子槍1進(jìn)行冷卻，電源分別與控制中心、送粉器4、冷卻系統(tǒng)3、等離子槍1、氣體系統(tǒng)2、機(jī)械手等連接，用于給其他系統(tǒng)供電，機(jī)械手用于夾持等離子槍1，以方便加工，本實(shí)施例中，機(jī)械手(圖中未畫出)可采用常規(guī)設(shè)計，可通過電機(jī)驅(qū)動，利用滑軌滑道形式保持運(yùn)動部件的移動即可，本實(shí)施例中，還設(shè)有集塵系統(tǒng)，集塵系統(tǒng)設(shè)置在操作間(即氧化釔陶瓷等離子熔射設(shè)備的主體)的外部，用于收集廢氣，將工藝工程中產(chǎn)生的灰塵吸走。

本實(shí)施例中，控制中心為本設(shè)備的控制裝置，用于控制其他各個部件的工作，控制中心用于與系統(tǒng)控制器連接，接受系統(tǒng)控制器輸入的指令，將各項(xiàng)指令傳送到對應(yīng)子系統(tǒng)，如氣體系統(tǒng)2、冷卻系統(tǒng)3、送粉器4、等離子槍1以及機(jī)械手等。本實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器為上位機(jī)，可采用PLC或主控電腦等，控制中心為本設(shè)備的控制部件，用于與系統(tǒng)控制器連接。

本實(shí)施例中，等離子槍1內(nèi)設(shè)有陰極電極和陽極電極，等離子氣體通過配管輸入至等離子槍1內(nèi)，通過等離子槍1內(nèi)的陰極電極和陽極電極之間產(chǎn)生電弧電壓將等離子氣體解離為等離子態(tài)，在解離過程中產(chǎn)生大量的熱可用于將陶瓷粉末熔化，同時，解離過程中產(chǎn)生的高膨脹氣體會產(chǎn)生大量動能，將熔化后的陶瓷粉末進(jìn)行加速，當(dāng)其加速到一定速度后，高速的陶瓷粉末噴射至產(chǎn)品表面并附著在產(chǎn)品表面形成陶瓷涂層。

本實(shí)施例中，氣體系統(tǒng)2用于將等離子氣體Ar/N₂和He/H₂經(jīng)配管送至本裝置內(nèi)，氣體系統(tǒng)2含高精密的質(zhì)量式流量控制器(常規(guī)部件)，用以精準(zhǔn)控制提供至等離子槍1的各種氣體流量。

本實(shí)施例中，送粉器4內(nèi)自帶有陶瓷粉末容器，用于盛裝陶瓷粉末，陶瓷粉末預(yù)先放入送粉器4自帶的容器中，請參看附圖2，本實(shí)施例中，送粉器4包括筒狀容腔5、送粉腔6和扇形阻擋件8，送粉腔6安裝在筒狀容腔5底部，且與筒狀容腔5相連通，送粉腔6頂部開設(shè)有送粉口7，扇形阻擋件8設(shè)置在送粉腔6內(nèi)，本實(shí)施例中，送粉腔6內(nèi)設(shè)有兩個以上的扇形阻擋件8，通過扇形阻擋件8將送粉腔6分割成多個送粉區(qū)，工作時，扇形阻擋件8在送粉腔6內(nèi)旋轉(zhuǎn)，形成閉環(huán)式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，當(dāng)扇形阻擋件8運(yùn)動到送粉口7處時，可通過扇形阻擋件8擋住送粉口7，當(dāng)扇形阻擋件8與送粉口7錯開時，送粉區(qū)內(nèi)的陶瓷粉末可通過送粉口7將粉末送出(本實(shí)施例中，粉末送出時，采用氣體吹送的方式，即在送粉腔內(nèi)通入高壓氣體，將粉末通過高壓氣體在送粉口處吹走)，本實(shí)施例中，采用設(shè)定的氣體流量和壓力，通過閉環(huán)式旋轉(zhuǎn)控制下的送粉口7，將陶瓷粉末送至等離子槍1內(nèi)。

本實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)3通過制冷方式將冷卻水制冷成冰水，將冰水通過外循環(huán)水泵加壓，通過水管，送至等離子槍1，用于冷卻等離子槍1，產(chǎn)生的溫水回流至冷卻系統(tǒng)3，通過制冷后再循環(huán)以上流程，達(dá)到將等離子槍1降溫的效果。

電源主機(jī)主要用于提供等離子氣體電離需要的電能。

本發(fā)明中的等離子溶射原理是利用電源主機(jī)的電能，將等離子氣體進(jìn)行電離，產(chǎn)生等離子體，釋放大量的熱能，并在有限的空間內(nèi)產(chǎn)生大量膨脹形成動能，利用熱能將氧化釔陶瓷粉末融化熔化，利用動能將熔融狀的陶瓷成分沉積到產(chǎn)品表面，形成氧化釔鍍層。

本發(fā)明中采用的噴涂粉末為三氧化二釔，三氧化二釔純度為99.99％以上，其他物質(zhì)含量如下：

本發(fā)明中，等離子熔射可用于不銹鋼工件、鋁合金工件或氧化鋯陶瓷工件的加工，主要包括下述步驟：

A、工件表面化學(xué)清洗：采用70％±2濃度的濃硝酸和純水(電阻率為12MΩ以上的水)按照體積比為1:1的比例進(jìn)行混合，將工件放入混合液中浸泡1～2小時，對其進(jìn)行常壓化學(xué)清洗，清除工件原有表面鍍膜，清洗時，混合液溫度保持在40℃～50℃，以目測工件表面無鍍膜為止；

B、工件純水漂洗：將工件撈出放入流動的純水(電阻率為12MΩ以上的水)中浸泡沖洗30分鐘以上；

C、超聲波清洗：將工件放入超聲波清洗槽中，超聲波清洗槽中放入純水(電阻率為12MΩ以上的水)，采用功率為1.2Kw的超聲波進(jìn)行超聲波震蕩清洗30分鐘以上；

D、干燥：采用CDA(除油除水壓縮空氣)吹干，干燥溫度為100±5°，干燥時間為30分鐘，目測工件表面無流動水即可；

E、噴砂：采用WA46#(即編號為46#的氧化鋁白剛玉)，利用3～5Kgf/cm2的壓力，距離工件300±50mm的距離，噴射角度為45°～90°的角度對工件進(jìn)行表面噴砂處理，利用粗糙度檢測儀對其表面進(jìn)行粗糙度檢測，保證工件表面粗糙度達(dá)到Ra＞3μm；

F、高壓水洗：采用純水(電阻率為12MΩ以上的水)，水壓保持在50bar，水槍出水口距離工件表面的距離為30～50cm，對工件表面進(jìn)行全面清洗，目測清洗干凈；

G、超聲波清洗：將工件放入超聲波清洗槽中，超聲波清洗槽中放入純水(電阻率為12MΩ以上的水)，采用功率為1.2Kw的超聲波進(jìn)行超聲波震蕩清洗30分鐘以上；

H、干燥：采用CDA(除油除水壓縮空氣)吹干，干燥溫度為100±5°，干燥時間為30分鐘，目測工件表面無流動水即可；

I、進(jìn)行溶射作業(yè)：氣體系統(tǒng)將等離子氣體Ar和He經(jīng)配管送至等離子槍內(nèi)，通入流量為Ar：110SCFH±0.5％，He：60SCFH±0.5％；等離子槍內(nèi)采用編號為2083-145(此為美國Praxair Surface Technologies Inc.公司生產(chǎn)的型號為2083-145的陽極材料，主要材質(zhì)為銅合金)的陽極，編號為2083-120(此為美國Praxair Surface Technologies Inc.公司生產(chǎn)的型號為2083-120的陰極材料，主要材質(zhì)為在鎢金屬上鍍銅)的陰極，等離子槍通入電流為450A，電壓為：38～45V，送粉率為15-20g/min，陶瓷采用氧化釔粉末，粉末粒徑為：15～45μm，噴涂距離為等離子槍出口距離工件表面為110-120mm，噴涂速度(即機(jī)械手的移動速度)：500mm/sec，經(jīng)多層噴涂，直至達(dá)到設(shè)定厚度，本實(shí)施例中，以200μm為例，按照500mm/sec的噴涂速度，每次噴涂厚度為10μm，共需噴涂20次，才能達(dá)到200μm，采用多層噴涂的方式，能有效減小涂層的孔隙率；

J、品質(zhì)檢驗(yàn)：粗糙度采用粗糙度檢測儀對其表面進(jìn)行粗糙度檢測，保證工件表面粗糙度達(dá)到Ra為3～6μm，氧化釔溶射層厚度為200±20μm，目測外觀無脫落、無印記、無色差；

K、高壓水洗：采用純水(電阻率為12MΩ以上的水)，水壓保持在50bar，水槍出水口距離工件表面的距離為30～50cm，對工件表面進(jìn)行全面清洗，目測清洗干凈；

L、超聲波清洗：將工件放入超聲波清洗槽中，超聲波清洗槽中放入純水(電阻率為12MΩ以上的水)，采用功率為1.2Kw的超聲波進(jìn)行超聲波震蕩清洗30分鐘以上；

M、干燥：采用CDA(除油除水壓縮空氣)吹干，干燥溫度為120±5°，干燥時間為2小時，目測工件表面無流動水即可；

N、最終檢驗(yàn)：采用表面粒子測定儀進(jìn)行表面檢測，0.3μm顆粒每平方厘米少于3個。

本發(fā)明等離子陶瓷溶射就是為滿足高世代面板和大尺寸晶圓設(shè)備組件的表面特性改進(jìn)，采用本發(fā)明不僅可以恢復(fù)零件尺寸，而且還能提高耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性，可以給母體材料增加原來沒有的各種優(yōu)良性能。等離子溶射加工，是以等離子體的能量作為熱源，把粉末狀固體物質(zhì)溶化，通過等離子流，將熔化后的材料加速，吹附在母體材料表面，形成皮膜。溶射加工在大氣中或減壓保護(hù)氣體中進(jìn)行，是改變材料表面質(zhì)量的一種新的有效的新方法。隨著溶射材料種類的增多，不僅可以恢復(fù)零件尺寸，而且還能提高耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性，可以給母體材料增加原來沒有的各種優(yōu)良性能。采用本發(fā)明工藝可使產(chǎn)品表面涂層孔隙率達(dá)到2％以下，產(chǎn)品結(jié)合力達(dá)到3000psi以上；涂層厚度可達(dá)到300μm。

采用本發(fā)明加工的產(chǎn)品性能可參看下述檢測報告，其中圖4至圖7為金屬工業(yè)研究發(fā)展中心的關(guān)于本發(fā)明加工的產(chǎn)品性能的測試實(shí)驗(yàn)室(機(jī)械性能)試驗(yàn)報告和測試實(shí)驗(yàn)室(金相)試驗(yàn)報告。