表面改性技术在陶瓷材料中的应用
化学技术中常见材料的表面改性方法
化学技术中常见材料的表面改性方法引言：在现代科技的推动下，各种材料的表面改性技术得到了迅猛发展。
表面改性是指对材料表面进行物理、化学或生物学的处理，以改变其表面性质，增强其性能或实现特定功能的过程。
本文将介绍化学技术中常见的材料表面改性方法。
一、溶液法溶液法是最常见的表面改性方法之一。
它通过将材料浸泡在特定溶液中，使溶液中的成分与材料表面相互作用，从而改变其表面性质。
比如，将金属材料浸泡在酸性溶液中，可以去除表面的氧化层，获得更干净的表面。
此外，溶液法还可以利用离子交换的原理，将溶液中的某些金属离子沉积到材料表面，形成一层新的保护层，从而增强材料的耐腐蚀能力。
二、氧化法氧化法是一种常用的表面改性方法，适用于金属、陶瓷和非金属材料。
通过在材料表面形成氧化层，可以提高材料的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性能。
比如，将铝材料经过氧化处理，可以在表面形成一层致密的氧化铝膜，保护内部铝材料不受环境气体的侵蚀。
三、涂覆法涂覆法是通过将特定材料涂覆在材料表面，形成一层薄膜来改变材料的表面性质。
这种方法广泛应用于涂料、防锈漆等领域。
例如，在汽车产业中，常使用聚合物涂料对汽车表面进行涂覆，以提供良好的耐候性和外观效果。
此外，涂覆法也可以利用功能性材料的特殊性质，如抗菌、防火等，为材料表面赋予特定的功能。
四、离子注入法离子注入是一种将离子注入到材料表面的方法，以改变其物理和化学性质。
这种方法常用于改善材料的表面硬度、抗磨损性和耐腐蚀性等。
通过选择适当的离子种类和注入条件，可以在材料表面形成致密的硬质层，提高材料的使用寿命。
离子注入方法广泛应用于金属、陶瓷、塑料等材料的表面改性。
五、等离子体表面改性法等离子体表面改性法是一种使用等离子体来处理材料表面的方法。
等离子体是由气体或气体混合物在特定条件下通过电离产生的带电粒子的集合体。
等离子体表面改性法可以通过等离子体的强氧化、改性和清洁作用，对材料表面进行物理、化学或生物学的处理。
氮化硅陶瓷件的表面涂层与改性研究
氮化硅陶瓷件的表面涂层与改性研究氮化硅陶瓷作为一种新型的高温结构材料，具有出色的力学性能、耐高温性能和耐磨损性能，因此在航空航天、汽车制造和化工等领域得到广泛应用。
然而，氮化硅陶瓷的一些缺点，如易吸湿、低抗裂性和较差的耐热震性能，限制了其进一步应用的发展。
为了克服氮化硅陶瓷的缺点，并提升其性能，研究人员开始关注表面涂层和改性技术。
表面涂层是通过在氮化硅陶瓷表面施加一层特殊涂层来改善其性能。
涂层可以增加氮化硅陶瓷的密封性、防腐蚀性和耐磨损性，同时减小摩擦系数和表面粗糙度。
目前，常用的表面涂层材料有硅酸盐、钛、氮化硅等。
这些涂层可通过化学气相沉积、物理气相沉积、溅射法等技术实现。
同时，改性技术也是改善氮化硅陶瓷性能的重要方法之一。
常用的改性技术包括导入添加剂、增强复合材料和应用纳米技术。
导入添加剂是将适量的其他材料添加到氮化硅陶瓷矩阵中，以改变其晶体结构和力学性能。
常用的添加剂有碳化硅、氮化铝和氧化物等。
增强复合材料是将氮化硅陶瓷与其他增强材料组合，以提高强度、韧性和耐磨性。
纳米技术的应用可以通过纳米颗粒、纳米涂层和纳米复合材料等方式，改善氮化硅陶瓷的性能。
对于氮化硅陶瓷的表面涂层研究，目前的研究主要集中在硅酸盐、钛和氮化硅涂层上。
硅酸盐涂层具有良好的粘附性、高温稳定性和耐磨损性，可提高氮化硅陶瓷的表面硬度和抗裂性能。
钛涂层具有较高的耐磨损性和良好的氧化防护性，可改善氮化硅陶瓷的高温稳定性和耐腐蚀性。
氮化硅涂层可增加氮化硅陶瓷的密封性和防腐蚀性能，同时降低其摩擦系数。
这些涂层的制备方法包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射法等。
对于氮化硅陶瓷的改性研究，导入添加剂是常用的方法之一。
碳化硅作为添加剂可提高氮化硅陶瓷的热震稳定性和抗裂性能。
氮化铝可提高氮化硅陶瓷的力学性能和高温耐磨性能。
氧化物添加剂可以在氮化硅陶瓷中形成稳定的氧化层，提高其耐腐蚀性能。
此外，纳米技术的应用也显示出潜力。
纳米颗粒的添加可以增加氮化硅陶瓷的密实性和硬度。
陶瓷材料的界面改性及性能研究
陶瓷材料的界面改性及性能研究近年来，随着工业技术的不断发展和市场需求的增长，陶瓷材料在各个领域都得到了广泛的应用。
然而，传统陶瓷材料的力学性能和化学稳定性往往无法满足特定环境下的使用要求。
为了改善陶瓷材料的性能，研究人员开始探索界面改性的方法。
界面改性是指在陶瓷材料的表面或内部引入其他材料或控制材料的组成和结构，以提高其性能。
一种常用的方法是在陶瓷表面镀覆一层功能性薄膜或涂层。
这些涂层可以增强陶瓷的抗氧化性能、耐磨性以及化学稳定性。
例如，在航空航天领域中，将陶瓷涂层应用于涡轮叶片表面，可以提高其耐高温和耐腐蚀性能，延长使用寿命。
除了表面涂层，界面层的改性也是提高陶瓷材料性能的一种重要方法。
陶瓷材料的界面层主要包括晶界和颗粒间隙。
通过改变陶瓷晶界的化学成分和结构，可以提高其断裂强度和韧性。
晶界工程是新一代陶瓷材料研究的热点之一。
例如，通过控制晶界的分布和宽度，可以将陶瓷的断裂模式从脆性转变为延展性，使其更适合在高载荷和高温环境下使用。
此外，界面改性还可以通过界面设计和材料接触角的调控来实现。
接触角是液体与固体界面的性质之一，可以通过改变液体的表面张力和固体材料的表面形貌来调整。
例如，在陶瓷材料的界面上引入纳米颗粒，可以增加其表面积，从而增强与液体的接触面积，提高界面的粘附性和抗切割性。
这种改性方法对于陶瓷材料在生物医学领域中的应用具有重要意义。
陶瓷材料的界面改性不仅可以提高其力学性能和耐久性，还可以调节其导电性、热传导性等特性。
例如，通过在陶瓷表面形成导电性薄膜，可以将其应用于电子器件中，提高电子器件的性能。
此外，通过控制陶瓷材料的颗粒间隙结构，可以调节其热传导性能，使其更适用于热管理领域。
总结起来，陶瓷材料的界面改性是提高其性能和开拓新应用领域的重要途径。
通过表面涂层、界面层改性以及界面设计等方法，可以改善陶瓷材料的力学性能、抗氧化性能、耐磨性和化学稳定性等。
未来，随着材料科学和工程技术的不断进步，陶瓷材料界面改性的研究将更加深入，为陶瓷材料的应用带来更多可能性。
PVDSi涂层用于SiC陶瓷的表面改性研究
PVD Si 涂层用于SiC 陶瓷的表面改性研究3唐惠东1,谭寿洪2(1 常州工程职业技术学院材料工程技术系,常州213164;2 中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050)摘要 为了获得高质量的光学表面,采用RF 磁控溅射法在RB SiC 和SSiC 陶瓷表面涂覆一层结构致密的PVD Si 涂层。
采用XRD 、AFM 和表面轮廓仪对抛光后的PVD Si 涂层进行了表征,并在可见光波长范围内测量了涂层的反射率。
结果表明,当RB SiC 和SSiC 陶瓷表面涂覆PVD Si 涂层后,抛光后其表面缺陷明显减少,表面粗糙度的均方根RMS 可达埃级,反射率提升幅度明显。
并简单分析了反射率提高的主要原因。
关键词 PVD Si 涂层 RB SiC SSiC 表面粗糙度均方根RMS 反射率中图分类号:TB383 文献标识码:ASt udy of PVD Si Coating on SiC Ceramics for Surface ModificationTAN G Huidong 1,TAN Shouhong 2(1 Department of Materials Engineering Technology ,Changzhou Institute of Engineering Technology ,Changzhou 213164;2 Shanghai Institute of Ceramics ,Chinese Academy of Sciences ,Shanghai 200050)Abstract In order to obtain high quality optical surface ,the densed structure PVD Si coating is coated on the surface of RB SiC and SSiC ceramics by RF magnetron sputtering.The polished PVD Si coating is characterized by XRD ,A FM and surface profilometer.The reflectance is also determined in the visible range.The results show that when the surface of RB SiC and SSiC ceramics are coated with PVD Si coating ,the surface defects decrease obviously after polished.The RMS surface roughness yields to the angstrom grade.The reflectance upgrades significantly.The cause of increasing the reflectance is simply analyzed.K ey w ords PVD Si coating ,RB SiC ,SSiC ,the RMS surface roughness ,reflectance 3国家重点基础研究规划(863项目)资助项目(2006AA03Z539) 唐惠东:男,1976年生,博士,讲师,主要从事无机新材料的开发研究工作 E 2mail :hdtang @ SiC 是一种综合性能优良的光反射材料,可以用来制作各种小型卫星、侦察相机等的反射镜[1-3]。
陶瓷材料在工程中的应用及其相关技术
陶瓷材料在工程中的应用及其相关技术陶瓷材料作为一种非金属材料，具有优异的物理、化学性能，被广泛应用于工程领域。
它们具有高温抗氧化性、耐腐蚀性、硬度高等特点，在电子、能源、航空航天等行业发挥着重要的作用。
本文将重点介绍陶瓷材料在工程中的应用以及相关的技术。
陶瓷材料的种类丰富多样，常见的有氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化硼陶瓷等。
在工程中，陶瓷材料常被用作结构材料、绝缘材料和耐磨材料等。
首先，陶瓷材料在结构材料中的应用十分广泛。
由于其高温抗氧化性和耐腐蚀性，陶瓷材料常被用于高温环境下的结构件，如燃烧室、透明窗口等。
例如，航空发动机中的涡轮叶片常采用氮化硅陶瓷材料制造，能够承受高温高压的工作环境。
此外，陶瓷材料还被广泛应用于化学反应器、催化剂和热交换器等领域，能够提供稳定的化学反应环境和高效的催化效果。
其次，陶瓷材料在绝缘材料中也有着重要的应用。
由于其低导电率和高绝缘性能，陶瓷材料常被用于电子器件的绝缘隔离层。
例如，电子芯片中的电子元件常采用氧化铝陶瓷作为绝缘层，能够有效防止电子元件之间的干扰和短路现象。
此外，陶瓷材料还被广泛应用于电力设备、电容器和电磁波屏蔽材料等领域，能够提供可靠的电绝缘性能。
最后，陶瓷材料在耐磨材料中的应用也十分重要。
由于其硬度高、耐磨性好，陶瓷材料常被用于磨料、切割工具等领域。
例如，陶瓷刀片常被用于切割硬质材料，如玻璃、石材等。
此外，陶瓷材料还被广泛应用于磨料磨具、陶瓷轴承和切割磨具等领域，能够提供良好的耐磨性能和切割效果。
为了提高陶瓷材料在工程中的应用性能，相关的技术也不断发展。
其中，陶瓷材料的制备技术是关键之一。
常见的陶瓷制备技术包括烧结法、溶胶-凝胶法和等离子喷涂法等。
烧结法是最常用的制备陶瓷材料的方法，通过高温下的烧结过程，可将陶瓷粉体形成致密的结构。
溶胶-凝胶法则是一种可控制备陶瓷材料的方法，通过溶胶凝胶过程形成纳米级陶瓷粉体，具有粒径小、成分均匀等优点。
等离子喷涂法则是一种将陶瓷粉末喷涂在基底上形成涂层的技术，具有快速、均匀、高效等优势。
陶瓷的表面改性技术与应用
陶瓷的表面改性技术与应用引言:传统陶瓷是使用普通硅酸盐原料及部分化工原料，按照一定的工艺方法，加工、成形、烧成而得的满足人们日常生活需要的用于内外墙面、地面、厨房及卫生问等主要起装饰作用且功能性应用的陶瓷制品，包括日用陶瓷餐具、内墙砖、外墙砖、地砖、锦砖、玻化砖、瓦及陶管等。
这些陶瓷制品是人们日常都会接触到的物体，随着科学的发展和社会文明的进步，人们对其提出了更高的要求，不但要求其具有良好的机械性能，而且要具有绿色保健功能，具有一定的功能性。
因此传统陶瓷也逐步向功能化方向发展，这就需要对传统陶瓷进行表面改性处理，在赋予传统陶瓷一定的功能性之外又不会增加太多成本，从而提高其产品附加值。
目前改性主要集中在抗菌，防污，耐磨，提高比表面积，致密度等方面，其他如负离子、发光、抗静电等方面也日益引起人们的重视。
正文:2011-5-4笔者到宜阳县红星陶瓷厂实习，期间我们到成品展示仓库看到了精美的瓷器餐具，茶具。
又从原料堆场，加工，成型，烧制，到出品流水线了解了瓷器的制作过程，依托工人熟练的操作，手工操作的过程依然占到成品过程的绝大部分。
其中不乏有残品，次品在流程的各个部分出现。
普通陶瓷制品主要依靠其表面釉色和艺术图案进行价值提升，制造具有某些方面功能强大的陶瓷制品显得尤为重要，这不仅具有极大的升值空间，而且能够超越其他材料制品的性能。
一、包覆型陶瓷粉体的研究进展传统工艺中， 用球磨法混合两种或两种以上的粉料， 会造成混合不均， 从而制约了坯体在烧结中的致密化程度， 并在致密化过程中由于收缩率的不同而产生残余应力和裂纹。
为了获得致密、 显微结构均匀的陶瓷材料， 人们发现用包覆的方法制备复合陶瓷粉体， 可以控制粉体的团聚状态， 改善其分散特性[1,2]； 提高弥散相／烧结添加剂的均匀混合程度， 促进烧结]103[-；改变复合陶瓷中异相结合状态， 降低界面残余应力]12,11[；改性颗粒表面，调整粉料胶体特性]1713,2[-。
硅烷对陶瓷玻璃的表面改性研究
硅烷对陶瓷玻璃的表面改性研究摘要：陶瓷玻璃作为一种重要的工程材料，其表面性质的改良对于提高其性能至关重要。
本文以硅烷对陶瓷玻璃的表面改性为研究对象，探讨了硅烷改性方法、机理以及对陶瓷玻璃表面性能的影响。
研究结果表明，硅烷改性可以显著提高陶瓷玻璃的表面润湿性、抗腐蚀性、耐磨性以及机械性能等。
1.引言陶瓷玻璃具有优异的物理、化学性质和广泛的应用领域，如电子、光学、航空、能源等。
然而，陶瓷玻璃的表面性质常常限制了其应用性能的发挥。
为了解决这一问题，表面改性技术被广泛应用于陶瓷玻璃材料中。
硅烷作为一种重要的表面改性剂，具有优良的润湿性和化学稳定性，在陶瓷玻璃的改性研究中得到了广泛应用。
2. 硅烷改性方法硅烷改性方法主要分为溶液法和气相法两种。
溶液法是将硅烷溶液涂覆在陶瓷玻璃表面，通过固化形成改性层。
气相法则是将硅烷气体引入陶瓷玻璃表面，通过化学反应生成改性层。
这两种改性方法各有优缺点，应根据具体需求选择适当的方法。
3. 硅烷改性机理硅烷改性的机理主要涉及表面润湿性的改善和化学键的形成。
硅烷分子在溶液或气相中进一步水解成硅氧键并聚合，形成硅氧烷链。
硅氧烷链通过与陶瓷玻璃表面发生化学反应，生成共价键，从而牢固地与表面结合。
这种共价键的形成提高了硅烷分子与陶瓷玻璃表面的结合强度，增强了改性效果。
4. 硅烷改性对陶瓷玻璃的影响4.1 表面润湿性改善通过硅烷改性，可以显著提高陶瓷玻璃的表面润湿性。
硅烷分子在与陶瓷玻璃表面反应后，形成一层均匀、致密的改性层，使表面能量降低，从而提高表面润湿能力。
表面润湿性的改善使得液体在陶瓷玻璃表面的扩展能力增强，降低了液滴的接触角，提高了陶瓷玻璃的润湿性。
4.2 抗腐蚀性增强硅烷改性不仅可以提高陶瓷玻璃的表面润湿性，还可以增强其抗腐蚀性能。
改性层的形成和增强表面致密性有效防止溶液中的腐蚀物质侵入陶瓷玻璃内部，提高了陶瓷玻璃的耐腐蚀性。
此外，硅烷分子与陶瓷玻璃表面发生化学反应时，形成的硅氧烷链能够填充陶瓷玻璃表面的微孔，降低位错的生成和传播，从而提高了陶瓷玻璃的抗腐蚀性能。
材料表面改性技术进展
材料表面改性技术进展概述材料的表面性能对其整体性能和应用范围有着重要的影响。
为了改善材料的表面性能，提高其耐磨、耐腐蚀、耐高温、防尘、防水等特性，科学家们不断研究和开发各种材料表面改性技术。
这些技术的发展为材料制造业带来了巨大的进步和创新。
本文将介绍几种常见的材料表面改性技术及其在不同领域的应用。
1. 电子束表面改性技术电子束表面改性技术是通过使用高能电子束照射材料表面，以改变其结构和性能的一种方法。
电子束能够穿透材料表面，并与其相互作用，从而引起材料的结构改变。
这项技术主要应用于金属材料、陶瓷材料和聚合物材料的改性。
通过电子束表面改性，材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能得到显著提高，使其在航空航天、能源等领域得到广泛应用。
2. 等离子体表面改性技术等离子体表面改性技术是利用高能等离子体束对材料表面进行处理以改变其性质的一种方法。
等离子体束可以产生高能粒子和离子，通过与材料表面相互作用，改变其物理和化学性质。
等离子体表面改性技术可以显著改善材料的耐磨性、耐腐蚀性和导电性能，广泛应用于航空航天、电子、光电子等领域。
此外，该技术还可用于制备功能性涂层，如超疏水涂层、防腐涂层等。
3. 溅射表面改性技术溅射表面改性技术是利用高能粒子束轰击材料表面，并将其上的原子或分子喷射到材料表面，以改变其物理和化学性质的一种方法。
通过溅射技术，可以在材料表面形成不同组分的薄膜，从而改善材料的硬度、耐磨性、导电性等性能。
溅射表面改性技术主要应用于薄膜材料的制备和功能性涂层的制备领域。
它在集成电路、光电子、显示器等高科技领域具有广泛的应用前景。
4. 化学表面改性技术化学表面改性技术是通过在材料表面形成化学反应，改变其表面化学性质的一种方法。
这种方法广泛应用于金属材料和聚合物材料等。
通过化学表面改性，可以改善材料的抗腐蚀性、耐磨性、润滑性等性能，并赋予其特殊的功能。
例如，通过化学表面改性，可以在金属表面形成自修复涂层，增加材料的耐蚀性能；在聚合物材料上引入亲水基团，使其具有优良的润湿性能。
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表面改性技术在陶瓷材料中的应用引言:材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段,材料表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。
传统的表面改性技术,方法有渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等。
随着人们对材料表面重要性认识的提高,在传统的表面改性技术和方法的基础上,研究了许多用于改善材料表面性能的技术,主要包括两个方面:利用激光束或离子束的高能量在短时间内加热和熔化表面区域,从而形成一些异常的亚稳表面;离子注入或离子束混合技术把原子直接引进表面层中。
陶瓷材料多具有离子键和共价键结构,键能高,原子间结合力强,表面自由能低,原子间距小,堆积致密,无自由电子运动。
这些特性赋予了陶瓷材料高熔点、高硬度、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热性能、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明的特性。
但陶瓷材料同样具有一些致命的弱点,如:塑性变形差,抗热震和抗疲劳性能差,对应力集中和裂纹敏感、质脆以及在高温环境中其强度、抗氧化性能等明显降低等。
正文:一、陶瓷材料表面改性技术的应用1.不同添加剂对陶瓷材料性能的影响。
由于陶瓷材料的耐高温特性经常被应用到高温环境中,特别是高温结构陶瓷,其高温抗氧化性受到人们的关注。
Si3N4是一种强共价结合陶瓷,具有高硬度、高强度、耐磨和耐腐蚀性好的性能。
但是没有添加剂的Si3N4几乎不能烧结,陶瓷材料的高温强度强烈地受材料组成和显微结构的影响,而材料的显微结构特别是晶界相组成是受添加剂影响的,晶界相的组成对高温力学性能的影响极其敏感。
对致密氮化硅而言,坯体中的物质传递对材料的氧化起着决定性作用,一般认为,在测试条件下,具有抛物线规律的氮化硅材料,其决定氧化的主要因素取决于晶界的添加剂离子和杂质离子的扩散速率,不同的添加剂对氮化硅陶瓷的氧化行为影响有所不同[1,2,3]。
2．离子注入技术。
离子注入就是用离子化粒子,经过加速和分离的高能量离子束作用于材料表面,使之产生一定厚度的注入层而改变其表面特性。
可根据需要选择要注入的元素,并根据工艺条件控制注入元素的浓度分布和注入深度,形成所需要的过饱和固溶体、亚稳相和各种平衡相,以及一般冶金方法无法得到的合金相或金属间化合物,可直接获得马氏体硬化表面,得到所需要的表面结构和性能由于形成的改性表面不受热力学条件的限制(相平衡、固溶度),所以具有独特的优点。
离子注入表面处理技术有:金属蒸汽真空弧离子源离子注入,等离子源注入等。
在相同的条件下,重离子比轻离子有更强烈的辐射硬化,因此其对抗弯强度的增加更显著;由于单晶的表面缺陷少所以增加效果更好]7,6[。
3．脉冲等离子技术。
脉冲等离子体在表面改性中的应用使表面改性技术有了新的发展。
脉冲高能量密度等离子体是一种脉冲等离子体能量束,它主要由充、放电系统和轴等离子体枪组成。
在充放电过程中引起内电极材料的蒸发和溅射,等离子体中因而包含内电极材料的粒子(含离子)。
当脉冲高能量密度等离子体轰击到样品时,在其表面的瞬间作用产生高压和高温,样品表面处于熔融状态,等离子体在样品表面发生离子注入与沉积,使得样品表面形成一层与基体性质和结构不同的薄膜材料,从而使其得到改性表面。
立方氮化硼是自然界不存在的亚稳相化合物,有极强的化学和热稳性,其硬度仅次于金刚石,而耐热性优于金刚石,因而用于许多领域,但很难合成。
高能量的等离子体与材料表面作用时,所产生的一系列物理和化学过程给氮化硼的形成提供了条件,瞬间作用带来的高温高压,有利于以荷能离子形式存在的氮化硼在此间形成氮化硼晶核。
4．镀层。
随着微电子技术的快速发展,电子设备趋向薄、轻、短、网络化和多功能化,电子线路也越来越复杂,这样使得电路在工作时会产生大量的热量,为了不使电子元件因热聚集和热循环而损坏,散热就成了必须解决的问题。
解决的方法是让热量通过与半导体元件相连接的具有高的热导率的基片散发出去。
化学镀、激光镀等技术被应用于半导体材料的金属化]9,8[,半导体材料在使用以前,要使其表面金属化,即在其表面敷上一层金属薄层,使其能用简易的焊接工艺与金属导电层连接成一体。
化学镀具有覆盖能力强的特点,对于复杂工件的各个部位可以得到较均匀的镀层,且化学镀有优良的深镀能力,可以大大减少镀件盲孔、深孔内的无镀层现象。
二、陶瓷涂层的制备随着现代科技的不断发展,对材料的要求也越来越高,不仅要具有抗疲劳、抗震动抗温度急变等性能,而且要具有耐高温、耐腐蚀、高硬度、高化学稳定性等性能,而传统的单一金属材料或单一的陶瓷材料都不能满足这些要求。
在金属基体上制备陶瓷涂层,能把陶瓷材料的特点和金属材料的特点有机地结合起来,获得既有金属强度和韧性,又有陶瓷材料耐高温、耐腐蚀等优点的复合材料,越来越受人们的重视。
1．热喷涂热喷涂作为表面工程学的一个重要组成部分,是表面防护和表面强化的新技术。
它利用氧乙炔(丙烷)火焰、电弧或等离子等热源将各种金属、合金以及陶瓷、塑料等熔化并高速喷射到工件表面,从而与基体形成一层牢固的涂层,达到高度耐磨、减摩、耐蚀、耐高温以及修补恢复尺寸等目的。
由于该技术具有施工灵活、应用性广的特点,因而在各工业部门获得广泛应用。
常见的热喷涂方法有:火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂、超音速喷涂等。
喷涂法具有许多特点:可供喷涂的材料很多,如陶瓷、金属、塑料、玻璃及其混合物,也可以将不同的材料组成涂层重叠,形成复合涂层;被喷涂的构件尺寸不受限制;可自由选择涂层的厚度;采用高温火焰喷射,对被涂构件的热影响小;喷涂设备简单,可直接将设备搬至现场进行喷涂,操作工序少,效率高,涂层形成速度快。
2．溶胶- 凝胶法溶胶-凝胶法涂层技术是利用易水解的金属醇盐或无机盐,在某种溶剂中与水发生反应,经水解缩聚形成溶胶,将溶胶涂覆在金属表面,再经干燥,热处理后形成涂层;其特点是:反应可在低温下进行;能制备高纯度、高均质的涂层;所需设备简单,操作方便。
3．化学、物理气相沉积法化学气相沉积是指在相当高的温度下,混合气体与基体的表面相互作用,使混合气体中的某些成分分解,并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。
其特点为:可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层;可以控制晶体结构、结晶方向的排列,可以控制镀层的密度、纯度;可获得梯度沉积物和混合镀层;能够在复杂形状的基体以及颗粒上镀层;涂层均匀,组织致密,纯度高,涂层与基体结合紧密。
物理气相沉积法有溅射法、离子镀法、蒸镀法等。
溅射法即以动量传递的方法将材料激发为气体原子,并飞出溅射到基体上沉积形成涂层。
离子镀法就是用电子束使蒸发源的材料蒸发成原子,被在基体周围的等离子体离子化后,在电场作用下以更大的动能飞向基体而形成涂层。
蒸镀法是用电子束使蒸发源的材料蒸发成原子或离子而沉积在基体表面形成涂层。
4．复合镀复合镀层既是在一定浓度的镀液中加入一些不溶性的陶瓷微粒,并进行搅拌,使之分布均匀,在进行电镀或化学镀的过程中,陶瓷颗粒在镀层中被共析,成为金属陶瓷复合镀层。
其镀层具有硬度高、耐磨、耐腐蚀、自润滑等优异的性能。
三、陶瓷涂层的应用1．在航天航空工业中的应用现代航空发动机采用压气机使空气增压升温,高温压缩空气进入燃烧室使燃料充分燃烧是提高发动机的功率和热效率的主要措施之一。
采用热喷涂技术在压气机涡壳内表面喷涂可磨耗密封涂层,与压气机叶片尖部的硬质涂层形成一对可磨耗密封磨损副,在运行中能形成理想的径向气流间隙,从而提高发动机的功率,降低燃料的消耗。
航天飞机在返回地面时经过大气层,由于空气的摩擦力使机身要承受1000 ℃的高温,为了保持机舱内的温度,在机身表面喷涂黑色硼化硅和白色硼硅酸盐涂层,应用该涂层高的发射率,使热量尽快散发出去。
2．在机械工业中的应用一些机械的高温炉辊多在800℃～1200℃的高温下运行,在这样的高温下,钢铁软化并在表面生成氧化铁鳞,硬度显著降低,当软态的钢件在炉辊上运动甚至是轻微滑动容易结瘤,使钢件表面因结瘤的脱落产生划痕等缺陷。
采用高速火焰喷涂、爆炸喷涂或等离子喷涂等技术,在高温炉辊表面喷涂特种陶瓷或金属陶瓷涂层,如喷涂含BN 的金属陶瓷涂层,具有优异的耐高温、抗氧化、抗粘着、防结瘤和自清理性能,既可提高炉辊的使用寿命,又可以生产出质量高的钢材。
现代纺织机械特别是化纤机械,向高速、轻质等方向发展,各种导丝、纺丝部件,为了减轻重量,提高转速和节能,多采用铝合金制造,其表面容易受很细的高速化纤丝的磨损而产生沟槽。
在化纤机的纺丝、导丝部件的表面,采用等离子喷涂Al2O3基复合陶瓷涂层,经处理获得桔皮状外观形貌,使其寿命提高5倍。
现代造纸和印刷机械,尽管运行速度很高,但负荷小。
由于陶瓷涂层具有高耐磨蚀性能、高防粘性、高选择性、润湿性、亲水性、高电绝缘、高可刻蚀性和图纹清晰性,并能保持粗糙度的纸张的咬入性,使等离子喷涂陶瓷涂层技术在造纸和印刷机辊子上得到广泛应用。
3．在微电子及电子工业中的应用在金属板上热喷涂绝缘的陶瓷涂层,具有高热导率的金属能将强电流所产生热发散开,而陶瓷涂层则提供很好的介电绝缘性能。
如在铜板上喷涂Al2O3 陶瓷涂层,其厚度在不到1mm时,就能够在1300 ℃高温下耐压2500V 以上,热导率比在相同厚度铜板上烧结氧化铝层的总热导率高5 倍。
在铁皮上喷涂钛酸钡,厚度为30μm时,其介电常数已超过6000 ,因此这种涂层已被广泛应用在固定电容器、可变电容器、混合集成电路的片容器及电容器网络的基片上。
小结：本文从陶瓷本身及陶瓷涂层两个方面综述了表面改性技术在陶瓷材料中的应用,讨论了陶瓷涂层的制备技术。
随着科学技术的发展,不仅对陶瓷材料的性能的要求愈来愈高,随着制备技术的进步,陶瓷材料的表面改性技术愈来愈高,应用范围越来越广泛,陶瓷的传统概念将为陶瓷的表面改性技术所打破。
表面改性技术在陶瓷材料改性方面的应用克服了陶瓷固有的弱点,使陶瓷材料能够以其优良的物理、化学性能,在航天、航空、电力、电子、冶金、机械等工业,甚至现代生物医学中得到广泛的应用。
参考文献[1]K.G.Nickel.Z.Fu.and P. Quirmbach. High-Temperature Oxidation and Corrosion of Engineering Ceramics. Trans. ASME, 1993.115:76 - 82[2]Desmaison. N. Roels. P. Be lair. High-Temperature Oxidation-Protection CVD Coatings for Structural Ceramics. Oxidation Behavior of CVD-Coated Reaction-Bonded Silicon Nitride.Mater. Sci & Engine, 1989. (A121): 441- 447[3]Y.Lee. K.L.More. Etc. Characterization of Si3N4 Coated with Chemically-Vapor-Deposited Mullite after Na2SO4-Induced Corrosion. J. Am. Cer2 am. Soc, 1996(79): 2489-2492[4]Taut. M. Herman. Improvement of Oxidation Behavior of Dense Silicon Ni2tride by Surface Modification. J. Euro. Ceram. Soc, 1994 (13):239 - 264[5]J.Wu.H, Du.S.P.Withrow.Effect of Aluminum Implantation on the Oxi2dation Resistance of Norton NBD 200 Silicon Nitride. Proceedings of the Air Force Structural Ceramics Meeting. Cincinnati.OB, 1997:243-248[6]SONG Baoyu, GU Le, XING Enhui. Tribological performances of Si3N4ceramic in vacuum.[J]Journal of Harbin Institute of Technology (New Series), 2005(12).[7]Processing Defect Analysis and Nondestructive Evaluation Technology for Si3N4 BearingBall.[J] JOURNAL OF CHINA ORDNANCE, 2008(4).[8]Xu Binshi，Wang Haidou，Dong Shiyun，Shi Peijing，Xu Yi .Nano Surface Engineering in the21st Century[J] TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT, 2004,25(5).[9]YingnaWU，Zhongchao FENG and Jing Liang. Surface Modification of Ceramic MaterialsUsing Exeimer Laser [J] .J.Mater.Sei.Teehnol.，2000 (16)[10]J.Yang，K.Komvopoulos. A Molecular Dynamics Analysis of Surface Interference and Tip Shape and Size Effects on Atomic-Scale Friction [J]. Journal of Tribology，2005，（127）. [11]Alice Pendleton, Prasenjit Kar, Subrata Kundu, Sahar Houssamy, Hong Liang. Effects ofNanostructured Additives on Boundary Lubrication for Potential Artificial Joint Applications.[J]. Journal of Tribology, 2010，（132）.[12]Ruiting Tong, Geng Liu, Tianxiang Liu. Multiscale Analysis on Two Dimensional NanoscaleSliding Contacts of Textured Surfaces [J]. Journal of Tribology,2011（133）.[13]Ling Xiang, Aijun Hu. New Feature Extraction Method for the Detection of Defects in RollingElement Bearings. [J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2012（134）. [14]LI Xiujuan, WANG Li-qin1,GU Le, QI Yulin.Calculation of flash temperature for hybridceramic ball bearing lubricated with solid [J]. Journal of Harbin Institute of Technology (New Series),2002（9）.[15]WANG Liqin, LI Wenzhong, GU Le, ZHENG Dezhi. Dynamic mechanical properties ofPTFE-based composites filled with multi-component. [J] Journal of Harbin Institute of Technology (New Series), 2007(14).。