一种具有涂层的焊接陶瓷劈刀的制作方法

本发明涉及一种陶瓷劈刀，具体涉及一种具有涂层的焊接陶瓷劈刀。

背景技术：

目前市场上生产的焊接陶瓷劈刀基本上不具备涂层。专利号为cn02804258.1的专利文件中公开了一种聚合物涂层和无机涂层，聚合物涂层主要成份为聚烯烃、聚对苯二亚甲基或氟聚合物；无机物涂层，如氧化铝、氮化硅、氧化硅、zta、dlc等。厚度为0.1-2微米，其主要目的是防止劈刀表面的沾污。该技术存在如下问题：(1)需要分区域通过不同的工艺手段实现材料表面的两种涂层，工艺较复杂；(2)焊嘴内表面采用的聚合物涂层不耐磨损，粘结力不够，易脱落；(3)焊嘴外表面的涂层材料耐磨性不够，导致焊嘴外表面的涂层耐磨性差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种具有耐磨性好，工艺简单涂层的焊接陶瓷劈刀。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种具有涂层的焊接陶瓷劈刀，所述焊接陶瓷劈刀包括本体、孔以及位于本体一端的焊嘴；所述孔沿本体的纵轴和焊嘴延伸；所述焊嘴的内表面至少一部分具有涂层a；所述涂层a的材料为氮化硅、氮化铝和六方氮化硼中的至少一种。

本发明所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴的内表面涂层a采用氮化硅、氮化铝和六方氮化硼这类具有自润滑性能的高强度陶瓷材料，可减小劈刀内表面与焊线摩擦力，防止与劈刀内表面与金线粘连，并且该类材料与陶瓷劈刀的表面粘接性好，不易脱落，同时该类材料耐磨损，明显改善了焊接陶瓷劈刀涂层的耐磨损性，进而在一定程度上提高劈刀的使用寿命和避免焊接过程中出现问题。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述涂层a为氮化铝和六方氮化硼中的至少一种。当焊接陶瓷劈刀的焊嘴的内表面涂层a采用氮化铝和六方氮化硼中的至少一种时，焊接陶瓷劈刀的耐磨损性较好。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述涂层a为六方氮化硼。

当焊接陶瓷劈刀的焊嘴的内表面涂层a采用六方氮化硼时，焊接陶瓷劈刀的防粘金性、耐磨损性、与焊接陶瓷劈刀的粘接性较好，不易脱落。特别是，当涂层a为氮化铝和六方氮化硼的混合物，且氮化铝和六方氮化硼的重量比为1～3:6～8时，相对于单独使用氮化铝、六方氮化硼或氮化硅，涂层a的防粘金性、耐磨性能和焊接陶瓷劈刀的粘接性更好。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴的外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b；所述涂层b的材料为红宝石、蓝宝石、碳化钨、硅、氧化铝、氮化铝、氧化硅、氮化硅、六方氮化硼、zta和dlc中的至少一种。

本发明所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面的涂层b可以采用与内表面涂层一致的材料(如氮化硅、氧化硅、六方氮化硼等)，也可以采用其他高强度材料(如红宝石、蓝宝石、碳化钨、硅、氧化铝、zta、dlc等)，以提高劈刀焊嘴的耐磨性，从而提高劈刀的使用寿命。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述涂层b的材料为红宝石、蓝宝石、碳化钨、硅、氮化铝、六方氮化硼和zta中的至少一种。当涂层b材料为红宝石、蓝宝石、碳化钨、硅、氮化铝、六方氮化硼和zta中的至少一种时，焊接陶瓷劈刀的耐磨性和使用寿命较好。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述涂层b的材料为氮化铝和六方氮化硼中的至少一种。当涂层b的材料为氮化铝和六方氮化硼中的至少一种时，焊接陶瓷劈刀能体现出更好的耐磨性和使用寿命更好。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述涂层b的材料为氮化铝。特别是，当焊接陶瓷劈刀的涂层a为六方氮化硼，涂层b为氮化铝时，可以有较长的使用寿命。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述涂层a、的厚度为0.01～0.6微米，涂层b的厚度为0.01～0.6微米。涂层a、b的厚度如果过薄，将会导致在焊接一定次数后涂层的磨失，从而对焊接陶瓷劈刀不再起到保护作用；涂层a、b的厚度如果过厚，制备涂层所需要的时间过长，从而导致生产成本高。因此综合效果和生产成本，涂层a、b的厚度分别为0.01～0.6微米时较佳。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述涂层a通过磁控溅射的方式形成，所述磁控溅射采用靶头变径装置。采用磁控溅射方式制备的劈刀涂层，附着力较强。具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述涂层b通过磁控溅射、喷涂、蒸镀中的至少一种方式形成。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述磁控溅射的溅射功率为150～700w，溅射气压为0.35～1.0pa，气体总流量为30～50sccm，温度为150～260℃。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述蒸镀的工艺参数为：真空度为10^-2～10^-4pa，蒸镀电流为150～250ma，速率为0.3～0.6nm/s。

作为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的优选实施方式，所述喷涂的工艺参数为：喷砂枪的压力为0.3～0.8mpa，氧气压力为0.7～1.2mpa，乙炔压力为0.1～0.15mpa，枪距为150～250mm。优选地，所述zta的喷涂的工艺参数为：喷砂枪的压力为0.6mpa，氧气压力为0.8mpa，乙炔压力为0.13mpa，枪距为200mm。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种具有涂层的焊接陶瓷劈刀，涂层的工艺简单，成本低；涂层与陶瓷本体的粘接性高；涂层可以防止陶瓷劈刀的内表面与焊线粘连，防止焊线划伤；涂层的耐磨性好，可以提高劈刀的使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例的示意图；

图2为焊接陶瓷劈刀的cd值随着焊接次数的变化关系图。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

图1中图(a)为具有涂层的焊接陶瓷劈刀100的一种实施例的示意图，图1中图(b)为图(a)中具有涂层的焊接陶瓷劈刀100焊嘴部分1b的横切放大图。如图1所示，具有涂层的焊接陶瓷劈刀100具有圆筒部101、圆台部102和焊嘴103，圆筒部101和圆台部102内设有孔104，所述孔从具有涂层的焊接陶瓷劈刀100的圆筒部101的末端一直延伸至焊嘴103，焊丝(图中未示出)被插入孔104中，并穿过焊嘴103。

在焊接的过程中，焊丝穿过孔104与焊嘴的内表面103接触，如果焊嘴的内表面103没有涂层，焊嘴的内表面103容易与焊线粘连，焊嘴的内表面103沾污后容易划伤焊线，焊线形成划痕后影响第二焊点与焊盘的结合强度；焊嘴的内表面103、焊嘴的外表面106和焊嘴面107与待焊接的物体表面接触，如果没有涂层，容易造成焊嘴的外表面106和焊嘴面107的磨损，从而影响焊接陶瓷劈刀的寿命。本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的焊嘴的内表面103不与焊线粘连，具有防止焊线划伤、寿命长等优点，涂层的具体材料见实施例2～10。

实施例2

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为六方氮化硼；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为氮化铝。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：将焊接陶瓷劈刀清洗完成后置于磁控溅射真空腔内，并抽真空，起始真空度为5×10^-4pa，通入氮气，调节流量，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为30％。调节沉积腔室压力至0.35pa，温度为250℃采用中频电源溅金属al靶，溅射功率为400w，沉积时间为1h，得到涂层b；将基体转至正对六方氮化硼靶位置且采用靶头变径装置，关闭al靶靶挡板，调节工作气压至1pa，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为20％。采用中频电源溅射六方氮化硼靶，溅射功率为250w，沉积时间为40min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.4微米，0.3微米。

实施例3

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为氮化硅；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为红宝石。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：红宝石蒸镀：起始真空度为10^-3pa，蒸镀电流为250毫安，蒸镀速率为0.6nm/s。蒸镀15min，得到厚度为0.54μm的涂层b。在起始真空度为7.5×10^-4pa，通入氮气和氩气分别作为反应气体和工作气体，si靶材，溅射功率为700w，溅射总气流为30sccm，氮气的分压比为33％，基底温度控制为260℃，溅射时间为30min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.6微米，0.54微米。

实施例4

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为氮化铝；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为氮化铝。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：将焊接陶瓷劈刀清洗完成后置于磁控溅射真空腔内，并抽真空，起始真空度为5×10^-4pa，通入氮气，调节流量，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为30％。调节沉积腔室压力至0.35pa，温度为180℃采用中频电源溅金属al靶，溅射功率为150w，沉积时间为10min，得到涂层b；采用靶头变径装置，采用中频电源溅金属al靶，溅射功率为150w，沉积时间为10min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.01微米，0.01微米。

实施例5

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为氮化铝；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为硅。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：红宝石蒸镀：起始真空度为10^-2pa，蒸镀电流为150毫安，蒸镀速率为0.3nm/s，蒸镀30min，得到膜厚度为0.54μm的涂层b。将起始真空度调至5×10^-4pa，通入氮气，调节流量，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为30％。调节沉积腔室压力至0.35pa，温度为250℃，采用靶头变径装置，中频电源溅金属al靶，溅射功率为350w，沉积时间为30min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.1微米，0.54微米。

实施例6

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为氮化铝；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为蓝宝石。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：蓝宝石蒸镀：起始真空度为10^-4pa，蒸镀电流为250毫安，蒸镀速率为0.6nm/s。蒸镀15min，得到膜厚度为0.54μm的涂层b。a层氮化铝溅射工艺。将起始真空度调至5×10^-4pa，通入氮气，调节流量，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为30％。调节沉积腔室压力至0.35pa，温度为250℃，采用靶头变径装置，中频电源溅金属al靶，溅射功率为400w，沉积时间为30min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.25微米，0.55微米。

实施例7

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为六方氮化硼；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为碳化钨。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：碳化钨粉末火焰喷涂法，使用乙炔和氧组合燃烧提供热量，采用压缩空气或气流加速装置来提高颗粒速度，喷砂枪的压力为0.8mpa，氧气压力1.2mpa，乙炔压力0.15mpa，枪距250mm，喷碳化钨粉至预定厚度得涂层b。将基体转至正对六方氮化硼靶位置且采用靶头变径装置，关闭al靶靶挡板，调节工作气压至1pa，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为20％。采用中频电源溅射六方氮化硼靶，溅射功率为250w，沉积时间为40min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.4微米，0.45微米。

实施例8

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为六方氮化硼；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为zta。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：涂层b采用zta粉末火焰喷涂法，使用乙炔和氧组合燃烧提供热量，采用压缩空气或气流加速装置来提高颗粒速度，喷砂枪的压力为0.3mpa，氧气压力0.7mpa，乙炔压力0.1mpa，枪距150mm，喷zta粉至预定厚度得涂层b。将基体转至正对六方氮化硼靶位置且采用靶头变径装置，关闭al靶靶挡板，调节工作气压至1pa，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为20％。采用中频电源溅射六方氮化硼靶，溅射功率为250w，沉积时间为40min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.4微米，0.6微米。

实施例9

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为六方氮化硼；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为氮化硅。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：在起始真空度为7.5×10^-4pa，通入氮气和氩气分别作为反应气体和工作气体，si靶材，溅射功率为400w，溅射总气流为30sccm，氮气的分压比为33％，基底温度控制为260℃，溅射时间为15min，得到涂层b。将基体转至正对六方氮化硼靶位置且采用靶头变径装置，关闭al靶靶挡板，调节工作气压至1pa，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为20％。采用中频电源溅射六方氮化硼靶，溅射功率为150w，沉积时间为20min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.05微米，0.1微米。

实施例10

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种实施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a为氮化铝和六方氮化硼的混合物，且氮化铝和六方氮化硼的重量比为1:4，所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为氮化铝。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：将焊接陶瓷劈刀清洗完成后置于磁控溅射真空腔内，并抽真空，起始真空度为5×10^-4pa，通入氮气，调节流量，使得氩气与氮气的总流量为50sccm，氮气的分压比为30％。调节沉积腔室压力至0.35pa，温度为250℃采用中频电源溅金属al靶，溅射功率为400w，沉积时间为1h，得到涂层b；将基体转至正对氮化铝与六方氮化硼的复合靶材位置且采用靶头变径装置，关闭al靶靶挡板，调节工作气压至1pa，使得氩气与氮气的总流量为40sccm，氮气的分压比为20％。采用中频电源溅射六方氮化硼靶，溅射功率为2000w，沉积时间为20min，得到涂层a。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.4微米，0.3微米。

对比例1

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种对比例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为聚乙烯；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为氮化硅。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：涂层a采用聚乙烯热涂敷工艺，涂层b的制备工艺与实施例9中涂层b的制备工艺相同。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：a，b膜层厚度分别为0.4微米，0.3微米。

对比例2

本发明所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的一种对比例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴内表面至少一部分具有涂层a，所述涂层a的材料为聚对二甲苯；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂层b，所述涂层b的材料为氧化铝。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的涂层的制备工艺为：涂层a采用聚对二甲苯热涂敷工艺，涂层b的制备工艺与实施例4中涂层b的制备工艺相同。

本实施例所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀焊嘴内表面涂层的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂层厚度分别为：0.4微米，0.3微米。

实施例11

对实施例2～10、对比例1、2和无涂层的焊接陶瓷劈刀进行耐磨性测试，耐磨性测试是通过测试劈刀的内倒角直径(cd值)与劈刀焊接次数之间的关系，因为劈刀在使用过程中，劈刀会出现一定的磨损，随着使用次数的增加，劈刀的磨损的加剧，cd值也会越来越大，因此cd值在一定程度上代表了劈刀刀嘴处的磨损情况。图2为焊接陶瓷劈刀的cd值随着焊接次数的变化关系图。

从图2可以看出，在焊接次数相同的情况下，与对比例1、2和无涂层的焊接陶瓷劈刀相比，实施例2～10所述焊接陶瓷劈刀的cd值明显低于对比例1、2，说明加上涂层后明显改善了劈刀的耐磨损性，其中实施例10的耐磨损性最佳。

实施例12

对实施例2～10、对比例1、2和无涂层的焊接陶瓷劈刀在不同焊接次数的条件下进行第二焊点拉力测试，测试方法为：在临近第二焊点的位置向正上方施加拉力，焊线从焊垫撕裂的力为第二焊点的拉力，拉力越大，说明焊线和焊垫的结合力越大，第二焊点的焊接效果越好，焊接出来的产品可靠性越高，本测试使用的焊线的线径为0.7mil，测试结果见表1。

表1不同焊接次数时的第二焊点拉力值

从表1可以看出，第二焊点拉力值随焊接次数的增多而降低，在相同焊接次数的条件下，实施例2～10所述具有涂层的焊接陶瓷劈刀的第二焊点拉力值大于对比例1、2和无涂层的焊接陶瓷劈刀，其中实施例10的第二焊点拉力值最大。如果无涂层，焊接陶瓷劈刀的焊嘴处会沾污杂质颗粒，从而影响其表面形貌，对第二焊点的键合强度有较大的影响。焊接陶瓷劈刀在使用过程中，线径为0.7mil时，一般ic封装的第二焊点的拉力值要求是2g。而本发明所述焊接陶瓷劈刀的涂层材料与焊接陶瓷劈刀的粘接性好，经过多次焊接后，仍具有较高的第二焊点拉力值，经200万次焊接后，本发明所述焊接陶瓷劈刀的拉力值仍高于对比例1、2和无涂层的焊接陶瓷劈刀以及最低标准，说明本发明所述涂层材料能有效提高焊接陶瓷劈刀的使用寿命。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。