本发明属于材料表面工程，具体涉及一种氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法。
背景技术：
1、氧化铝陶瓷凭借其高强度、高硬度、出色的耐高温、耐腐蚀及耐磨性能，在航空航天、电子电力、化工化学等诸多行业内拥有广泛的应用前景。然而，氧化铝陶瓷固有的导电性能不佳、导热性能有限以及抗冲击能力较弱等局限性，制约了氧化铝陶瓷的进一步应用。相比之下，金属材料通常具有优良的导电性能、导热性能、延展性和卓越的机械加工性能。为了充分利用这两种材料的优势，可通过在氧化铝陶瓷表面制备金属涂层，以赋予氧化铝陶瓷表面良好的导电性能和高效的导热能力，这种技术能结合陶瓷与金属的优点，极大地拓宽氧化铝陶瓷的应用领域，推动材料科学的进一步发展。
2、冷喷涂是一种基于空气动力学原理的材料表面涂层技术。冷喷涂技术利用超音速气流，带动喷涂粉末颗粒在气-固双向流高速撞击基体表面时，颗粒发生强烈的塑性变形与基体形成机械结合从而沉积在基体表面形成涂层。由于与气体的接触时间短，颗粒温度远低于颗粒的熔点，颗粒始终保持固态。颗粒的连续高速冲击可能会产生喷丸或“夯实”效应，从而导致涂层的致密化，其密度接近理论密度。冷喷涂工艺有望成为一种高效快速制备陶瓷表面金属涂层的方法。cn115874173a公开了一种提高陶瓷装甲防多发弹性能的冷喷涂金属涂层及其制备方法，该方法利用冷喷涂技术直接在经粗化的陶瓷表面沉积铝或铜金属涂层。cn114075664b公开了一种冷喷涂制备图形化陶瓷覆铜板的方法，该方法首先采用冷喷涂设备，将金属粉末在一定条件下喷涂到陶瓷基片表面形成过渡层，随后在已制备的过渡层表面喷涂高纯铜粉末，从而在陶瓷基片表面获得纯铜涂层。两种方法均在陶瓷表面制备了金属涂层，但cn115874173a直接在陶瓷表面沉积金属粉末，两种材料的热膨胀系数差异较大，涂层与基体结合界面处应力较大。而cn114075664b虽采用过渡层，但过渡层的成分为纯金属、二元金属混合物、三元金属混合物、二元合金或三元合金，与陶瓷基材物理性质仍有较大差异。
技术实现思路
1、本发明为了解决上述现有技术存在的不足，提出了一种氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，创新性地采用高压冷喷涂在氧化铝陶瓷表面喷涂氧化铝和铝的混合粉末制备过渡涂层，该过渡涂层的物理性质与氧化铝陶瓷相近，能够解决涂层与基体之间热膨胀系数不匹配的问题，缓和应力，实现从陶瓷基体到表面金属层成分、结构和性能的连续变化。
2、本发明氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法按照以下步骤进行：
3、步骤一、利用球磨机将氧化铝粉末和铝粉末进行低能球磨，使氧化铝粉末颗粒均匀分布在铝粉末中，得到混合粉末；所述铝粉末和氧化铝粉末的质量比为(2-4):1；
4、所述低能球磨的工艺为：将称取的氧化铝粉末和铝粉末进行混合后装入球磨罐，对球磨罐进行抽真空处理，然后通入惰性气体；球磨过程采用干磨法，控制球料质量比为(3-4):1，球磨机转速设定为150-200r/min，球磨时间设定为2-4h，球磨期间球磨罐以单向旋转的方式进行，每球磨0.5-1h后球磨机停止旋转5-10min；
5、步骤二、采用冷喷涂将步骤一获得的混合粉末喷涂在氧化铝陶瓷基材上，获得al-al2o3过渡涂层；
6、所述冷喷涂工艺为：对待喷涂氧化铝陶瓷基材用无水乙醇进行超声清洗，超声清洗后将氧化铝陶瓷基材放入干燥箱内烘干，烘干后将氧化铝陶瓷基材固定在夹具上；喷涂前将步骤一中获得的混合粉末装入送粉器中，喷涂时采用氮气作为工作气体，喷涂轨迹为“s”形，喷涂轨迹行间距为2-3mm，喷涂束流与待喷涂表面的角度为90°，喷枪移动速度为150-200mm/s，喷枪端部与待喷涂氧化铝陶瓷基材的表面垂直距离为40-45mm，工作气体压力为5-7mpa，工作气体温度为600-900℃，喷涂层数为1-2层；
7、步骤三、采用冷喷涂将铝粉末喷涂在步骤二获得的al-al2o3过渡涂层上，得到al-al2o3过渡涂层和纯al涂层的复合涂层；
8、所述冷喷涂工艺为：将铝粉末装入送粉器中，将步骤二获得的表面沉积了al-al2o3过渡涂层的氧化铝陶瓷基材固定在夹具上；喷涂时采用氮气作为工作气体，喷涂轨迹为“s”形，喷涂轨迹行间距为2-3mm，喷涂束流与待喷涂表面的角度为90°，喷枪移动速度为150-200mm/s，喷枪端部与待喷涂氧化铝陶瓷基材的表面垂直距离为40-45mm，工作气体压力为3.5-4.5mpa，工作气体温度为550-650℃，喷涂层数为2-6层。
9、本发明原理和有益效果：
10、1、本发明采用冷喷涂工艺，能在较低的温度(数百摄氏度范围内)以较高的沉积速度(涂层沉积速率可达每分钟毫米级)进行涂层沉积。冷喷涂过程中温度较低，避免了基材因高温而变形或损坏的风险，混合粉末受热影响较小，在喷涂过程中无相变发生，极大程度抑制了涂层中热缺陷的产生，涂层具有优良的组织形貌和力学性能。
11、2、本发明采用了al-al2o3过渡层和纯al涂层组合设计的复合涂层，al-al2o3过渡涂层作为中间层，其物理性质与氧化铝陶瓷相近，能够解决涂层与基体之间热膨胀系数不匹配的问题，缓和应力，实现从陶瓷基体到表面金属层成分、结构和性能的梯度过渡。纯al涂层作为外表面层，其优异的导电导热性能可赋予了氧化铝陶瓷表面良好的导电能力和高效的导热能力。
12、3、本发明喷涂含有氧化铝陶瓷颗粒的混合粉末制备过渡涂层时，由于氧化铝陶瓷颗粒塑性变形能力差，沉积较为困难，因此本发明在冷喷涂制备过渡涂层时采用高的气体压力和高的气体温度进行沉积，其中气体压力达到5-7mpa，气体温度为600-900℃。通过采用高的气体压力和高的气体温度实现含有氧化铝陶瓷颗粒的混合粉末的优质沉积，在氧化铝陶瓷表面制备al-al2o3过渡涂层。更高的喷涂气压能使粉末颗粒在加速气流中获得更大的动能，粒子的轰击和夯实作用越显著，涂层的致密度也越高。
1.一种氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤一所述铝粉末的纯度为99.9％，颗粒为球形，粒径为20-35μm。
3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤一所述氧化铝粉末的纯度为99.9％，颗粒为不规则形，粒径为20-60μm。
4.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤一所述球磨机为行星式球磨机。
5.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤一所述惰性气体为氩气。
6.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：所述低能球磨的工艺为：将称取的氧化铝粉末和铝粉末进行混合后装入球磨罐，对球磨罐进行抽真空处理，然后通入氩气；球磨过程采用干磨法，控制球料质量比为3:1，球磨机转速设定为200r/min，球磨时间设定为2h，球磨期间球磨罐以单向旋转的方式进行，每球磨0.5h后球磨机停止旋转5min。
7.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤二所述超声清洗的时间为10-30min，超声频率为20-80khz，烘干温度为50-80℃，烘干时间为10-30min。
8.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤二所述冷喷涂工艺包括以下步骤：对待喷涂氧化铝陶瓷基材用无水乙醇进行超声清洗，超声清洗后将氧化铝陶瓷基材放入干燥箱内烘干，烘干后将氧化铝陶瓷基材固定在夹具上；喷涂前将步骤一中获得的混合粉末装入送粉器中，喷涂时采用氮气作为工作气体，喷涂轨迹为“s”形，喷涂轨迹行间距为2mm，喷涂束流与待喷涂表面的角度为90°，喷枪移动速度为200mm/s，喷枪端部与待喷涂氧化铝陶瓷基材的表面垂直距离为40mm，工作气体压力为5mpa，工作气体温度为650℃，喷涂层数为2层。
9.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述铝粉末的纯度为99.9％，颗粒为球形，粒径为20-35μm。
10.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷表面导电导热复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述冷喷涂工艺包括以下步骤：将铝粉末装入送粉器中，将步骤二获得的表面沉积了al-al2o3过渡涂层的氧化铝陶瓷基材固定在夹具上；喷涂时采用氮气作为工作气体，喷涂轨迹为“s”形，喷涂轨迹行间距为2mm，喷涂束流与待喷涂表面的角度为90°，喷枪移动速度为200mm/s，喷枪端部与待喷涂氧化铝陶瓷基材的表面垂直距离为40mm，工作气体压力为4mpa，工作气体温度为600℃，喷涂层数为4层。
