高溫陶瓷涂層

1、概況 隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，對材料性能的要求愈來愈高。由于工程機械、設(shè)備及構(gòu)件的工作條件日益苛刻，要求材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗震動、抗疲勞、抗溫度急變以及耐沖刷等性能，以致單純的金屬材料已不能滿足要求。高溫陶瓷材料則由于脆性和抗溫度急變性差，使其應(yīng)用也受到一定限制。因此在基體表面加涂陶瓷涂層的方法來制備既具有金屬的強度和韌性又有陶瓷耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點的復(fù)合材料的工作越來越受到人們的重視。目前高溫陶瓷涂層已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天、航空、國防、化工、機械、電力、電子等工業(yè)，并且應(yīng)用范圍越來越廣，有著廣闊的發(fā)展前景。高溫陶瓷涂層的種類繁多，用途很廣，幾乎所有的無機材料都可被作為涂層的原料，但主要的

2、組成可概括為：氧化物及復(fù)合氧化物金屬間化合物，例如鋁化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等難熔化合物(后四種有時也稱為“硬質(zhì)金屬”)金屬或合金以上三種組成的復(fù)合體高溫陶瓷涂層一般是加涂在金屬基底材料上。金屬基底材料包括鑄鐵、低合金鋼、高溫合金(鎳基、鉆基合金)、活性金屬(如鋯、鈦)及難熔金屬(鎢、鉬、鈮、鉭、釩)等。此外，即使陶瓷材料，雖然一般認為已具有耐高溫的性能，但當需要某些特殊性能時，還必須借助于涂層。石墨雖具有高溫強度、低熱膨脹系數(shù)、低彈性模量等優(yōu)良性能，但它不抗氧化、也不抗沖刷，因此涂層可幫助它克服上述缺點。為了得到良好而滿意的基底高溫陶瓷涂層復(fù)合材料，必須考慮改進被涂的基底材料的加

3、涂性能。也就是說，一方面從改進涂層著手，另一方面從改進基底材料著手，使其更適合于采用加涂涂層的方法來獲得滿意的耐高溫復(fù)合材料。 噴涂法是在高溫下將涂層材料熔化和霧化，形成熔融或半熔融狀態(tài)的粒子流，以極高的速度噴鍍于底材表面上的涂覆方法，噴涂法最早是由瑞士的MUSehoop于1910年發(fā)明的?；瘜W氣相沉積化學氣相沉積(CVD)(CVD)是指在相當高的溫度下，混合氣體與基體的表面相互作用，使混合氣體中的某些成分分解，并在基體表面形成一種金屬陶瓷的固態(tài)薄膜或鍍層。物理氣相沉積物理氣相沉積(PVD)(PVD)有離子鍍法、濺射法和蒸鍍法等。離子鍍法是用電子束使蒸發(fā)源的材料蒸發(fā)成原子，并被在基體周圍的等離

4、子體離子化后，在電場作用下以更大動能飛向基體而形成涂層。濺射法即以動量傳遞的方法將材料激發(fā)為氣體原子，并飛出濺射到對面的基體表面上沉積而形成涂層。蒸鍍法即蒸發(fā)鍍膜，是用電子束使蒸發(fā)源的材料蒸發(fā)成粒子(原子或離子)而沉積在工件表面上形成涂層。 復(fù)合鍍層就是在一定濃度的鍍液中放人一些不溶性的陶瓷微粒，并進行攪拌，使之分散均勻，在進行電鍍或化學鍍的過程中，陶瓷微粒在鍍層中被共析，成為金屑陶瓷復(fù)合鍍層。 復(fù)合鍍層材料是一種增強材料，可以作為常溫和高溫的耐磨材料和抗蝕材料，并可用作切削刀具，在航空和棱工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域及汽車工業(yè)中都得到廣泛應(yīng)用。航天飛機返回地面時經(jīng)過大氣層，由于空氣的摩擦作用機身要經(jīng)受1

5、000 以上的高溫沖擊，為了保持艙內(nèi)正常溫度，在機身表面涂上黑色硼化硅和白色硼硅酸鹽涂層。波音707飛機的發(fā)動機里有許多部件，如燃燒室內(nèi)壁，壓氣機的襯套，齒輪箱傳送裝置等大量使用碳化鉻和碳化鎢等耐磨涂層。將鈦酸鋇噴涂在01毫米的鐵皮上，涂層的厚度為30urn時，它的介電常數(shù)已超過6OOO了。這種高介電常數(shù)涂層已廣泛用于固定電容器、可變電容器、混合集成電路的片電容器和電容器網(wǎng)絡(luò)的基片上。在汽車工業(yè)中，為了減輕重量而開發(fā)新一代汽車發(fā)動機，歐洲和日本的汽車制造廠家已經(jīng)采用了合金上電解沉積鎳SiC復(fù)合鍍層。這種鍍層還能大大提高了耐磨性能、潤精性能和耐高溫氧化性能。將氧化锫陶瓷粉末噴涂在內(nèi)燃機燃燒室的內(nèi)壁，可提高內(nèi)燃機的工作溫度，節(jié)省燃料和簡化結(jié)構(gòu)。 在冶金工業(yè)和機械工業(yè)中金屬的冶煉、熱加工和熱處理都必需在高溫下進行。為了防止金屬的高溫氧化、滲氮和滲氧，往往在金屬表面施涂熱處理保護涂層。這種涂料通常是由有機或無機粘接劑與硅酸鹽、硼酸鹽等組成，工件涂上這種涂料后能在熱處理過程中形成高粘度低膨脹系數(shù)的玻璃相致密保護層，以阻止氣體的擴散。工件冷卻后涂層亦會自動剝落。熱處理保護涂層能節(jié)約金屬原材料，減少零部件的枕械加工量，提高金屬表面質(zhì)量。 高溫陶瓷涂層作為材料表面工程的重要技術(shù)，探索與發(fā)展新的性能優(yōu)良的陶瓷涂層的工藝是今后發(fā)展的一個主要方向。需要指出