水热电泳沉积功能陶瓷涂层技术的研究进展
电泳沉积制备功能薄膜材料研究进展
Fi g．1
图1 电泳沉积的示意图 Sc he ma t i c s howi ng t he el ect r ophor et i c dep osi t i on
1．1 DLVO机制 DLVO理论[ 6] 是关于胶体溶液稳定性的一种理论，是电泳
沉积机制的重要理沦。它认为溶胶粒子间存在的范德华引力与 双电层的排斥力是决定溶胶是否聚沉的因素，溶胶粒子间相互 作用的势能与粒子间距的关系如图2所示。
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材料导报
Байду номын сангаас
2008年8月第22卷专辑Ⅺ
1．2双电 层变形- 减 薄机制 1996年Sar kar 等[ 7] 提出双电层变形一减薄的电泳沉积机
制，如图3所示。当溶胶粒子移动时，双电层结构发生形变。粒 子由球形变成椭球，且溶胶离子偏离双电层的中心，如图3( a) ； 溶胶粒子结构的不对称引起溶胶离子对壳层较远端离子的吸引 力降低，从而导致壳层结构减薄，如图3( b) ；当另一个薄壳层粒 子 由于 范德 华力 靠近 时， 根据 自由 能极 小原 理， 两个 粒子 容易 发 生团聚从而实现材料的生长，如图3(c ) 。
溶胶 粒 子要 发生 聚沉 ，必 须越 过图 中所 示的 势垒 才能 靠近 。 只有当夕l qJ n电场或其他因素提供的能量高于相互作用的势垒 时， 溶胶粒 子才可 能形 成致密 而稳定 的薄膜 。
*国家自然科学基金( 50402024)
周海佳：男，1983年生，硕士 E- mai l ：zhouhj 05@l zu．c a
a nd appl i c at i ons i n t he f unct i onal t hi n f i l ms，t he n f i nds t hat t he s t udy of mechani s m i n t he el e ct r o phor et i c de posi t i o n
电泳沉积纳米TiO2陶瓷涂层结构表征与性能研究
摘要电泳沉积法（EPD）制备薄膜具有设备简单，成本低，成膜快，被镀件（用于沉积薄膜的基体）形状不受限制，薄膜厚度均匀，并且其厚度在较大范围内可控等优点。
二氧化钛熔点高、化学稳定性好，在复合材料领域具有广阔的应用前景。
本文利用电泳沉积法制备出了均匀的二氧化钛薄膜，研究了二氧化钛在悬浮介质中的核电机理；考察了二氧化钛粉末在有机悬浮液中的分散性和稳定性，并且研究了电泳工艺参数对电泳沉积量的影响；特别研究了助剂PEG（聚乙二醇）对电泳膜性能的影响并初步探讨了助剂PEG对二氧化钛膜性能影响的原因；研究了电泳沉积的动力学规律，为今后制备含二氧化钛的层状复合材料打下基础。
本文还通过研究了不同烧结温度对二氧化钛晶型的影响定性的表征了光催化性能。
关键词: 电泳沉积，二氧化钛膜，聚乙二醇，Zeta电势，烧结，光催化AbstractFilm fabricated using electrophoreic deposition(EPD) has the advantages of simp e setup,low cast,time saving,thinkness uniformity,etc. TiO2 has the potential employe d as one part of composite because of its high melting point,and excellent chemo-st ability.In this paper,homogeneous TiO2 film was produced by EPD.The charged mec hanism of TiO2 powder in dispersion medium was studied.The dispersibility of TiO2 powder and stability of TiO2 film was studied.Apart from this,the influence of para meter of deposition was studied；Especially，we studied the influence of film by ad ding available PEG to it.All of these made it available to fabricate multiplayer com posite compound with TiO2layer.The paper characteristic the performance of photoc atalysis by studying the effects of different calcination temperature on crystal phase.Keywords : electrophoretic deposition，TiO2film，PEG，ZeTa potential，sintering，photocatalysis目录摘要 (I)ABSTRACT ...................................................................................................................... I I 第一章绪论. (1)1.1引言 (1)1.2简介和分类 (1)1.2.1电泳沉积简介 (1)1.2.2纳米二氧化钛分类及功能 (2)1.3纳米二氧化钛国内外应用历程 (3)1.4制膜方法简介 (4)1.5电泳沉积法制膜技术国内外研究 (5)1.6本课题拟解决的主要问题及设计思路 (6)第二章试验条件和方法 (7)2.1试验原材料及所用实验仪器 (7)2.2 试验方法 (7)第三章试验 (12)3.1分散剂选择及电导率测定 (12)3.1.1分散剂选择 (12)3.1.2悬浮液配制及电导率测定 (12)3.2TiO粉末在悬浮液中的分散性和稳定性 (13)23.2.1分散性 (13)3.2.2悬浮稳定性 (13)3.3PH值对电泳沉积的影响 (16)3.4悬浮液浓度对电泳沉积的影响 (17)3.5沉积电压对电泳沉积的影响 (19)3.6电泳时间对电泳沉积的影响 (21)3.7电泳沉积机理 (22)3.8 PEG400添加对沉积膜的影响 (23)3.8.1添加前后得到的沉积膜对比 (23)3.8.2 PEG添加量不同所得沉积膜之比较 (24)3.9不同煅烧温度处理对TiO晶型的影响 (26)2第四章结论 (29)参考文献 (33)致谢 (30)第一章 绪论1.1引言纳米2TiO ，亦称纳米钛白粉。
电泳沉积制备纳米涂层材料的研究与应用
电泳沉积制备纳米涂层材料的研究与应用
电泳沉积是一种广泛应用于制备纳米涂层材料的技术。
它是通过电场驱动的原理，在电解液中溶解或悬浮纳米材料的同时加上电场，使其沉积在带电极上，从而形成高质量的纳米涂层。
这种技术具有制备纳米涂层材料的高效、低成本和高可控性等优点，因此在各种领域的应用越来越广泛。
电泳沉积纳米涂层材料的制备获取了高质量、高纯度和均匀性好的涂层材料。
在这个过程中，需要选择合适的电解液以及纳米材料来实现。
此外，电泳沉积的过程较为简单，易于控制，可以通过改变电场强度、时间、温度等因素来调整涂层的性能。
在材料科学领域，电泳沉积纳米涂层材料被广泛应用于制备复合材料、电池材料、光学薄膜等领域。
例如，在制备锂离子电池材料时，电泳沉积纳米涂层材料可以提高电池的循环性能和稳定性。
另外，在光电材料领域，电泳沉积的纳米涂层可以提高材料的透明度和抗反射性能。
除了材料科学领域，电泳沉积纳米涂层材料还被应用于生物医学、环境科学和
纳米传感领域。
在生物医学领域，电泳沉积可以用于制备用于成像的生物标记物材料。
在环境科学领域，电泳沉积可以用于制备用于污染清除的催化剂材料。
在纳米传感领域，电泳沉积可以用于制备纳米结构传感器，实现对微小物质的检测。
总之，电泳沉积纳米涂层材料作为一种新型的涂层制备技术，具有制备高质量、高纯度和均匀性好的材料的优点，被广泛应用于各种领域。
随着技术的进步和人们对纳米材料研究的深入，电泳沉积纳米涂层材料的应用前景将更加广阔。
高温陶瓷涂层材料研究报告
高温陶瓷涂层材料研究报告摘要：本研究报告旨在探讨高温陶瓷涂层材料的相关研究进展。
首先介绍了高温陶瓷涂层的定义和应用领域，然后对不同类型的高温陶瓷涂层材料进行了分类和比较。
接着，详细介绍了高温陶瓷涂层材料的制备方法和表征技术。
最后，对高温陶瓷涂层材料的未来发展方向进行了展望。
1. 引言高温陶瓷涂层是一种应用广泛的表面改性技术，可以提高材料的高温抗氧化、耐磨、耐腐蚀等性能。
在航空航天、能源、汽车等领域具有重要的应用价值。
本报告将重点研究高温陶瓷涂层材料的制备和特性。
2. 高温陶瓷涂层材料的分类根据材料的组成和结构，高温陶瓷涂层材料可以分为氧化物陶瓷涂层、非氧化物陶瓷涂层和复合陶瓷涂层。
氧化物陶瓷涂层主要包括氧化铝、氧化锆等；非氧化物陶瓷涂层主要包括碳化硅、氮化硅等；复合陶瓷涂层则是由不同组分的陶瓷材料组成。
3. 高温陶瓷涂层材料的制备方法高温陶瓷涂层材料的制备方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂等。
物理气相沉积方法包括物理气相沉积、磁控溅射等，化学气相沉积方法包括化学气相沉积、化学气相沉积等。
热喷涂方法包括等离子喷涂、火焰喷涂等。
4. 高温陶瓷涂层材料的表征技术高温陶瓷涂层材料的表征技术包括扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）等。
SEM可以观察涂层的形貌和微观结构，XRD可以分析涂层的晶体结构，EDS可以定量分析涂层的元素组成。
5. 高温陶瓷涂层材料的发展趋势随着科技的进步和应用需求的增加，高温陶瓷涂层材料的发展趋势主要包括以下几个方面：提高涂层的高温稳定性和抗氧化性能；开发新型的高温陶瓷涂层材料，如氮化硼、碳化钨等；优化涂层的制备工艺，提高涂层的附着力和致密性；开展涂层的多功能化研究，如耐磨、耐腐蚀等。
结论：高温陶瓷涂层材料具有广泛的应用前景和研究价值。
通过对不同类型的高温陶瓷涂层材料进行分类和比较，可以选择合适的材料制备高性能的涂层。
同时，通过表征技术的应用，可以对涂层的微观结构和性能进行评估和优化。
电泳沉积法的制备研究
电泳沉积法的制备研究电泳沉积法是一种常用的纳米材料制备方法，它可以制备各种材料的纳米结构，包括金属、半导体和陶瓷等。
电泳沉积法具有制备简单、成本低廉、控制精度高等优点，因此在纳米科技领域得到了广泛的应用。
一、电泳沉积法的原理电泳沉积法是利用外加电场将带电的纳米粒子或分散液中的离子沉积在电极上的一种物理化学过程。
电泳沉积法主要包括两个过程：电泳迁移和沉积。
电泳迁移是指带电纳米粒子或离子在外加电场的作用下从分散液中迁移到电极表面的过程。
沉积是指带电纳米粒子或离子在电极表面沉积成膜的过程。
电泳沉积法的原理比较简单，但是其制备过程却很复杂。
电泳沉积法需要对分散液进行处理，以获得一定的表面电荷密度，并控制沉积速度和膜厚度。
二、电泳沉积法的优点电泳沉积法具有以下优点：1. 制备简单：电泳沉积法不需要复杂的实验设备和条件，只需要简单的电极和电源，可以制备各种材料的纳米结构。
2. 成本低廉：电泳沉积法所需的材料和设备成本相对较低，而且制备过程快速简便，经济实用。
3. 控制精度高：电泳沉积法可以控制沉积速度和膜厚度，从而精确控制纳米结构的形状和尺寸。
三、电泳沉积法的应用电泳沉积法已经广泛应用于纳米科技领域，涉及到金属、半导体、陶瓷、生物材料等多个方面。
以下是其中一些应用的实例：1. 金属纳米结构制备：电泳沉积法可以制备金属的纳米结构，如Au、Ag、Cu 等，这些纳米结构具有比普通材料更优异的电学、光学、磁学性能。
2. 半导体材料制备：电泳沉积法可以制备半导体材料的纳米结构，如CdS、ZnO等，这些纳米结构可以用于光电、光催化等领域。
3. 生物医学应用：电泳沉积法可以制备用于生物医学应用的纳米结构，如聚合物、生物陶瓷等，这些纳米结构可以用于制备医用材料和生物传感器。
四、电泳沉积法的研究进展随着纳米技术的迅速发展，电泳沉积法的研究也在不断深入。
目前，电泳沉积法的研究主要集中在以下几个方面：1. 纳米结构的制备和研究：电泳沉积法可以制备各种形状和尺寸的纳米结构，包括球形、纳米线、纳米片等，研究人员正在探索不同形状和尺寸纳米结构的特性及应用的可能性。
水热电泳沉积功能陶瓷涂层技术的研究进展
ｉ ｅ ｒｎｇ Ｆｕ ｔｏ ｌＣｏ ｔｎ ｓ ｎ Ｐｒ ｐａ ｉ ｎｃ ｉ ｎａ ａ ｉ ｇ ＹＡＮＧ ｅ ｄ ｎ ，ＨＵＡＮＧ ｉｎ ｅ ｇ，ＣＡＯ ｙ ｎ Ｗ ｎｏ ｇ Ｊａ ｆｎ Ｌｉｕ ，ＸＩ Ｃｈ ｎ ｋ ｉ Ａ ａ ｇ ｕ
（ ｙＬ ｂ ｒ ｔｒ ｆＡｕ ｉａｙＣｈ ｍｉｔｙ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｆｒＣｈ ｍｉａ ｎ ｕ ｔｙｏ ｎｓｒ ｆＥｄ ｃ ｔ ｎ。 Ｋｅ ａ ｏ ａｏ ｙｏ ｘｌ ｒ ｅ ｓｒ ｉ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｅ ｃ ｌ ｄ ｓｒ ｆＭｉｉｔｙｏ ｕ ａｉ Ｉ ｏ Ｓ ａ ｎ ｉ ｉｅｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ．Ｘｉａ １ ０ １ ｈ ａ ｘ ｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ Ｕｎ ｙ ｃ ｎ ｌｇ ’ｎ ７ ０ ２ ）
ｉ ｅｅ ｔｙ ａ ｓ Ｄｅ ｏ ｉｏ ｃ ａ ｉｍｓａ ｄｅｆｃｓｏ ｈ ｒ ｃｓ ａ ａ ｔｒ ｒ ｔｏ ｕ ｅ ． Ｋｉｅ ｉ ｎ ｐ ｌ ａｉｎ ｎ ｒｃｎ ｅ ｒ． ｐ ｓｔ ｎｍｅ ｈ ｎｓ ｎ ｆｅ ｔ ｆｔ ｅｐｏ ｅｓｐ ｒｍｅｅｓａｅｉ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｎ ｎ ｔ ｓａ ｄ ａ ｐｉ ｔ ｃ ｃ ｏ
电泳沉 积法 （ ｌｃｒｐ ｏｅｉ ｄ ｐ ｓ ｉｎ 简称 Ｅ Ｄ） 在 Ｅ ｅｔｏ ｈ ｒｔ ｅ ｏｉｏ ， ｃ ｔ Ｐ 是 低温外 电场作 用下 ， 电的 固体微 粒在 电场 作用 下 发 生定 向 荷
电沉积—水热合成法制备羟基磷灰石生物陶瓷涂层
电沉积过程 中， 磷酸根离 子和水发生水解 ：
Ｈ２ ０ Ｐ —ＨＰ ￣ ＋Ｈ Ｏ，
Ｈ２ ０— ２ ＋ ＯＨ Ｈ
沉 积液温度 ６ ５Ｃ下， 电沉积 ３ｒｉ ． ０ ｎ后 获得 由纵 向尺 寸为 ２ ａ
～
３ｍ 的 片状 晶体 组成 的多孔 、 均匀 的完 整互锁 结构 ． 孔径 １４ 沉积浓温度 ２ 。 ． Ｖ， ８Ｃ下 ， 电沉积
Ａｂｓ ｒ ｃ ｔａ ｔ
Ｔｈ ｏｍ ｉｇ ｍｅ ｈ ｎｓ ． ｒ ｇ ｅ ｓｉ ｒ ｄ ｃｉｎ ｔｅ ｎ ［ｇ ｎ ｔ ｅ ｔ ｒ ｓａ ｅｓ ｍｍａ ｉｅ Ｉ ｅ ｆｒ ｎ ｃ ａ ｉｍ ｐ ｏ ｒｓ ｎ ｐ ｏ ｕ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙａ ｄ ｉｓ ａｕ ｅ ｒ ｕ ｏ ｆ ｒｚｄ ｎ
维普资讯
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材 料 导 报
２０ ０ ２年 ３月 第 １ 第 ３期 ６卷
电沉积一 水热合成法制备羟基磷灰石生 物陶瓷涂层
刘 芳 周 科 朝 黄 伯 云 刘 咏 李 志友
（ 中南大学粉末冶金国家重点实验 室 ， 长沙 ４ ０ ８ ） １ ０ ３
外加 电场使 阴极上发生反应 ：
２ ＋ ２ — Ｈ ２‘ Ｈ ｅ Ｈ Ｐ ＋Ｃ ¨ 一２ ２ ａ Ｈ Ｏ— Ｃ Ｈ Ｐｏ ２ ２ ａ ・ Ｈ Ｏ （） ３ （） ４
ＬＩ Ｆａ ＺＨＯＵ ｃ ｏ Ｕ ｎｇ Ｋｅ ｈａ ＨＵ ＡＮＧ ｙ ｎ ＬＩ Ｙ ｏ ＬＩＺｈｉ ｏ Ｂｏ ｕ Ｕ ｎｇ ｙｕ
（ ｔ ｔ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｆ ｒＰｏ ｅ ｅ ａ ｌ ｒ ｙ， ｎ ｒ ｌＳ ｕ ｈ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ， ｈ ｎ ｓ ａ ４ ０ ３ Ｓ ａ ｅ Ｋｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｏ ｗｄ ｒ Ｍ ｔ ｌ ｇ Ｃｅ ｔ ａ ｏ ｔ ｉｅ ｃ Ｃ ａ ｇ ｈ １ ８ ・Ｃｈ ｎ ） ｕ ０ ｉａ
电泳沉积技术在材料制备中的应用研究
电泳沉积技术在材料制备中的应用研究摘要：电泳沉积技术是一种常用的材料制备技术，其通过在电场作用下将带电微粒电泳移动至电极表面，从而实现材料的沉积和表面修饰。
本文将深入探讨电泳沉积技术在材料制备中的应用研究，包括该技术的原理、常见材料的制备方法以及优缺点，并结合实际应用案例进行讨论。
一、引言电泳沉积技术是一种通过外加电场将悬浮粒子沉积在电极表面的技术，被广泛应用于材料制备、薄膜涂覆以及表面修饰等领域。
在这种技术中，被电场操控的材料可以从纳米级到宏观尺度，且可以沉积在各种形状的基底上。
由于其简单性和高效性，电泳沉积技术逐渐成为材料科学领域中备受关注的研究热点。
二、电泳沉积技术的原理电泳沉积技术基于带电颗粒在电场力作用下的移动行为。
在电场中，带电颗粒会受到电荷相互作用力和电场力的影响，从而发生电泳移动。
具体来说，当外加电场中带有电荷的微粒悬浮液与电极接触时，粒子受到外力作用向电极平面运动，最终在基底表面沉积形成膜层。
这种沉积过程可以通过调节电极电压、时间、悬浮液浓度等参数来控制，从而实现不同材料的制备。
三、常见材料的制备方法1. 金属材料：电泳沉积技术在金属材料的制备中具有广泛的应用。
从黄金、银、铜等贵金属到铁、铝等常见金属，均可以通过电泳沉积技术实现。
研究人员通过调节悬浮液的pH值、电极电势等参数，实现了金属材料的纳米颗粒制备、多层膜生长等。
这些金属材料在催化、电子器件等领域有着重要的应用前景。
2. 陶瓷材料：电泳沉积技术在陶瓷材料的制备中也具有广泛的应用。
以氧化铝为例，研究人员通过调节pH值、悬浮液浓度和处理温度等参数，实现了氧化铝的制备。
此外，电泳沉积技术还可以用于制备其他陶瓷材料，如二氧化钛、氧化锆等。
这些陶瓷材料在能源、环境等领域的应用潜力巨大。
3. 复合材料：电泳沉积技术还被用于制备各种复合材料。
通过选择不同的基底和悬浮液成分，可以制备具有特定功能的复合材料。
例如，通过在基底上沉积碳纳米管和聚合物，可以制备具有导电性和强度的复合薄膜。
电泳沉积法制备氧化铝陶瓷膜的研究_陈晓晓
第38卷第5期2011年北京化工大学学报（自然科学版）Journal of Beijing University of Chemical Technology （Natural Science ）Vol．38，No．52011电泳沉积法制备氧化铝陶瓷膜的研究陈晓晓魏刚张元晶付国柱乔宁*（北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029）摘要：以工业级陶瓷片为支撑体，氧化铝溶胶为电泳液，采用电泳沉积的方法制备了氧化铝陶瓷膜。
当在30V的电压条件下电泳3min ，经沉积－干燥－烧结工艺，反复进行3次后，即可得到氧化铝纳滤膜。
采用SEM 和液－液排除法等手段对纳滤膜进行表征，结果表明，膜厚在50μm 左右，孔隙率为31.51%，平均孔径为3.1nm ，孔径分布为2.88 5.76nm 。
性能测试表明，氧化铝纳滤膜对无机污染物和有机污染物均有强的截留作用，且性能较稳定。
关键词：电泳沉积；氧化铝陶瓷膜；截留率；废水处理中图分类号：TQ174.7收稿日期：2011－04－04基金项目：国家“863”计划（2009AA03Z803）第一作者：女，1985年生，硕士生*通讯联系人E-mail ：qiaoning@mail．buct．edu．cn引言纳滤是介于反渗透与超滤之间的一种以压力为驱动的新型膜分离技术。
纳滤膜是一种具有纳米级孔径，其截留分子量在200 1000之间［1］的膜。
无机纳滤膜因具有高温热稳定性强、生物化学稳定性好、对有机溶剂的抵抗性佳、易再生、易清洗、寿命长等优势而得到了广泛关注。
目前，制备无机纳滤膜的最主要方法为溶胶－凝胶法［2］。
然而，溶胶－凝胶法制备纳滤厚膜的成膜工艺繁琐，效率低且难以进行控制。
电泳沉积法是近年发展起来的新型制膜技术，是一种在外加电场的作用下，由胶体粒子在分散介质中向电极迁移后沉积在电极表面，并通过颗粒团聚形成均质膜的方法。
Ryan 等［3］用浓黏土浆料于70V 电压、8A 电流在孔性石墨模具上沉积15min ，制成了1cm 厚的陶瓷膜。
碳-碳复合材料抗氧化涂层水热电沉积新技术研究
碳-碳复合材料抗氧化涂层水热电沉积新技术研究碳/碳复合材料抗氧化涂层水热电沉积新技术研究引言碳/碳复合材料具有优异的耐高温、耐磨、耐腐蚀等特性，在航空航天、能源等领域有着广泛的应用。
然而，长期高温作用下，碳/碳复合材料容易受到氧化的影响，导致性能下降。
因此，开发一种具有良好抗氧化性的涂层技术，对于提高碳/碳复合材料的使用寿命和性能至关重要。
本文针对碳/碳复合材料抗氧化涂层水热电沉积新技术进行深入研究和探讨。
一、水热电沉积技术简介水热电沉积技术是一种利用水热反应中金属氧化物的沉淀作用，在碳/碳复合材料表面形成一层保护性氧化物涂层的方法。
该方法通过电化学装置在水热条件下，在碳/碳复合材料的表面通过电沉积形成氧化物膜，有效阻止氧气进一步渗透，起到抗氧化的作用。
二、水热电沉积技术的研究进展目前，针对碳/碳复合材料抗氧化涂层水热电沉积技术的研究已经取得了一定的进展。
研究者通过改变电化学条件、溶液组成和沉积参数等方法，成功制备出具有良好抗氧化性能的涂层。
例如，使用不同的氧化物前体溶液，可以获得不同成分和结构的氧化物涂层，进一步探究涂层的抗氧化机制。
另外，优化电沉积的工艺参数，可以得到具有较高结晶度和致密度的涂层，从而提高涂层的抗氧化性和机械性能。
三、涂层抗氧化性能的影响因素涂层的抗氧化性能受多种因素影响，包括涂层成分、结构、致密度等。
例如，研究者发现不同氧化物成分的涂层在高温氧化环境中表现出不同的抗氧化性能。
同时，涂层的致密度也是影响抗氧化性能的关键因素，致密的涂层可以有效阻止氧气的渗透，延缓碳/碳复合材料的氧化速度。
四、水热电沉积技术的应用前景碳/碳复合材料广泛应用于高温、高压、极端环境下的航空航天、能源等领域，对其进行抗氧化涂层技术的研究具有重要意义。
水热电沉积技术作为一种低成本、易操作的方法，具有广阔的应用前景。
随着水热电沉积技术的不断改进和完善，可望实现碳/碳复合材料的长期稳定运行，提高其使用寿命和性能。
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水热电泳沉积功能陶瓷涂层技术的研究进展*杨文冬,黄剑锋,曹丽云,夏昌奎(陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室,西安710021)摘要 水热电泳沉积技术结合了水热法和电泳沉积法的优点,是近几年发展起来的制备功能涂层的重要工艺技术,有着良好的应用前景。
详细介绍了水热电泳沉积技术的原理、影响沉积工艺的因素,概述了水热电泳沉积动力学并总结了该技术在制备功能陶瓷涂层上的应用。
指出水热电泳沉积技术是很有发展前景的涂层制备工艺;在进行水热电泳沉积应用研究的同时,应进一步开展其理论研究,探索水热电泳沉积技术的原理,建立合理的具有指导意义的理论及数学模型。
关键词 水热电泳沉积 涂层 应用中图分类号:T B 332 文献标识码:AH ydrothermal Electrophoretic Deposition T echnolog y and Its A pplicationin Preparing Functional CoatingsYA NG Wendong,H U ANG Jianfeng ,CA O Liyun,XIA Changkui(K ey L abo rato ry of A ux iliar y Chemistry &T echnolo gy for Chemical Indust ry o f M inistr y o f Educat ion,Shaanx i U niv ersity of Science &T echno log y,Xi .an 710021)Abstract H ydro ther mal elect rophor et ic deposition technolo gy is a promising way to depo sit functional coat ing s in recent years.Depo sitio n mechanisms and effects of the pro cess par ameters are intr oduced.K inet ics and a pplicat ion of this techno lo gy are summa rized.T he dev elopment directions and applications abo ut this techno lo gy in future must be w ide.T he further researches w ill be focused o n explo ring the principle of hy dr othermal electr ophoretic deposit ion and setting up a reasonable theor et ical as w ell as mathematical model.Key words hy dr othermal electro pho retic depo sitio n,co atings,application*国家自然科学基金(50772063);教育部博士点基金(20070708001);陕西省自然科学基金(SJ08-ZT 05);教育部新世纪优秀人才支持计划基金(N ECT -06-0893);陕西科技大学研究生创新基金资助杨文冬:男,1985年生,硕士生,主要从事高温抗氧化涂层方面的研究 E -mail:w endong_2007@水热法又称热液法,是指在密闭容器中以水或其他有机溶剂作为溶媒,在一定的温度、压力(即在超临界流体状态)下研究、制备、加工和评价材料的一种方法[1-3]。
电泳沉积法(Electrophoretic deposition,简称EPD)是在低温外电场作用下,荷电的固体微粒在电场作用下发生定向移动并在基体(电极)表面形成沉积层的过程[4,5]。
水热电泳沉积方法是在水热法和电泳沉积法基础上发展起来的一种新的涂层制备工艺,其基本原理是将作为阴极的基体浸入欲沉积颗粒的悬浮液中,在水热的高压和超临界状态下,利用电化学沉积原理,在基体表面形成致密的涂层。
此工艺具有涂层生长速率快、涂层生长均匀、电流效率高、制备成本低等优点。
然而对于水热电泳沉积技术制备功能涂层的专题国内外还鲜有报道,为此有必要对该项技术进行专题综述。
本文结合课题组前期大量研究工作,对水热电泳沉积技术的原理、沉积过程中工艺因素的影响进行了详细介绍,概述了水热电泳沉积动力学并对该技术在制备功能涂层上的应用进行了总结。
1 水热电泳沉积技术的基本原理1.1 悬浮液稳定机制制备性能稳定的悬浮液是水热电泳沉积法形成功能涂层的前提,用一种方法将所要沉积的微粒分散于无机或有机分散介质中,得到性能稳定的悬浮液,即可用作水热电泳沉积。
由于悬浮液是一个热力学不稳定体系,微粒有相互聚结而降低其表面积的趋势,因此要得到稳定的悬浮液必须使微粒表面荷电。
微粒在与极性介质如水、乙醇、异丙醇等接触的界面上,由于发生电离、离子吸附或离子溶解等作用,使得粒子的表面或者荷正电,或者荷负电。
形成稳定的悬浮液有一个临界陈化时间,此值与悬浮液的浓度和粒子的表面化学性质有关,加入适量的强酸能大大缩短临界陈化时间。
只有在临界陈化时间之后才能得到电泳沉积层,在这个时间之前无论如何改变实验条件都不能得到沉积层。
对于非质子型有机溶剂,必须加入表面活性剂或其它添加剂等能够被功能陶瓷吸附的物质,才能形成稳定的陶瓷悬浮液。
也可以通过研磨的时间来控制粒径,调整悬浮效果。
1.2水热电泳沉积机理水热电泳沉积法是水热和电泳沉积法的相互作用,因而它的沉积机理也是两者的相互作用。
1.2.1电泳沉积原理电泳沉积是悬浮液中带电粒子在电场作用下向电极移动并在基体表面或沉积层表面放电的过程。
与金属的电镀不同的是,电泳沉积是带电粒子的放电,而电镀是金属离子在电极上还原成金属单质析出,前者的放电电流只有后者的1/100~1/10。
H amak er等[6]认为,当外加电场力克服了粒子间的静电排斥力,将固体粒子相互压缩到对方双电层内层时,固体粒子靠范德华力相互吸引而聚沉。
Koelmans等[7]认为,电泳过程伴随着电解反应。
在电场力作用下粒子在电极附近积累并不立即聚沉,在电极电解反应产生了足够浓度电解质后,电解质中和了粒子双电层中的部分电荷,使F电势下降而引起粒子在电极表面聚沉。
据文献[8]报道,在乙酰丙酮中加入少量的I2后,二者之间有如下反应:CH3COCH2COCH3+2I2=ICH2COCH2COCH2I+2H++2I-(1)反应产生的H+被颗粒吸附,从而带正电荷。
在电泳前对悬浮液进行超声震荡可以将团聚的颗粒分散开,这时在带电粉末颗粒表面附近的溶液出现电量相等、电性相反的电荷扩散层,形成双电层结构。
电泳过程中,在电场力的作用下,固体颗粒被互相压入对方的双电层内层,颗粒间由于范德华力吸引而发生聚沉。
黄勇等[9]认为电泳沉积是由带电颗粒的电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积2个过程组成,随着溶液的pH值从低到高,电泳沉积成型由电泳控制向沉积控制转变。
Dushkin 等[10]提出电泳沉积膜层的形成分为如下几个阶段:¹成核期,颗粒聚集在电极表面形成小的团聚体,即岛;º岛的长大,岛状团聚体因新颗粒的加入而逐渐长大;»岛间的连接,当岛状团聚体长大到一定尺寸,相互间连接起来形成网络状结构;¼形成紧密层,随着颗粒的不断填充,网络中的空隙逐渐变小,填充到一定程度,颗粒更倾向于在第一层上形成第二层膜,而不是继续填充空隙;½形成膜层。
1.2.2水热电泳条件下涂层晶粒的生长机理水热电泳创造了一个高温、高压的环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解或溶解度增大。
高温、高压气氛一方面使溶液的粘度下降,加剧了离子迁移,另一方面使溶液的介电常数明显降低。
但前者的影响可抵消后者的影响,因而总体来看,溶液仍然比常温常压下的水溶液具有更高的导电。
同时水热电泳体系中,溶液的热扩散系数较常温、常压有较大的增加,表明水热溶液具有更大的对流驱动力。
因此在水热电泳溶液中存在十分有效的扩散,从而使得涂层晶粒生长较其他水溶液晶体生长具有更高的生长速率、生长界面附近有更窄的扩散区以及减小出现组分过冷和枝晶生长的可能性等优点。
水热电泳条件下涂层晶粒的生长包括以下步骤[11-13]:¹微粒在水热介质中溶解以荷电离子的形式进入溶液;º由于体系中存在十分有效的热对流以及溶解区和生长区之间的浓度差,这些荷电粒子被输运到生长区;»荷电粒子在生长界面上的吸附、分解与脱附;¼吸附物质在界面上运动;½生长。
2水热电泳沉积功能涂层的影响因素2.1沉积温度由于温度直接影响到吸附原子在基片表面的迁移能力,从而影响涂层的结构、成分、晶粒尺寸、晶面取向以及各种缺陷的数量和分布。
当温度较低时,吸附原子或离子在基体表面的迁移能力较低,晶粒粒度较小,因而涂层具有较多的缺陷,如针孔等。
此时涂层中存在的应力为张应力,涂层与基体间的结合也较差,随着温度升高,原子或离子的迁移能力增强,晶粒粒度也增大,因而制备出的涂层缺陷较少,同时涂层中存在的张应力会逐渐转变成压应力,涂层与基体间的结合会较好。
但温度不是越高越好[14,15],由于反应处于密闭的容器中,因而当温度高于或等于临界值时,悬浮液溶剂汽化产生一定的饱和蒸气压,即反应体系的压强。
此时体系压强对厚度的影响将大于温度的作用,涂层就会产生波浪状的堆积,使稳定性及均匀性变差。
在保证涂层外观质量、均匀性的前提下,沉积温度控制在60~120e为宜。
2.2沉积电压水热电泳沉积包括粒子的定向移动和在电极表面沉积2个串连过程,外加电压是这2个部分进行的驱动力,电压对涂层的质量影响很大[16]。
通常电泳时间是固定的,通过提高或降低电压来调节涂层厚度。
当沉积的颗粒达到很好的级配时,涂层与基体间会有很好的物理结合,形成均匀致密的结构。
极间电压越高,电场强度越强,较小的颗粒就易于优先在基体上沉积,沉积层由相对较细的颗粒组成,可以得到连续均匀分布且较为致密的沉积层。
但电压过高,开始电泳时冲击电流太大,涂层沉积速度过快,易造成涂层外观和性能变差。
当电压超过电泳涂层的击穿电压时,沉积涂层被击穿,电解反应加剧,电极表面产生大量气体,涂层表面产生大量气泡。
电泳电压过低,泳透力差,沉积速度慢,效率低,涂层变薄。
一般在保证涂层外观质量的前提下应尽可能地采用较高的电压进行水热电泳沉积,电压控制在150~340V为宜。
2.3悬浮液固含量及电导率悬浮液中粉体的含量会对电泳后所得到的涂层的形貌有较大的影响[17]。