高性能陶瓷涂层材料及应用

2021-11-15 13:31:27 欧冠赔率 阅读

    高性能陶瓷涂层是继有机树脂、金属及合金之后涌现出来的一类非金属无机涂层的总称,在传统陶瓷材料的耐高温、抗磨损、耐腐蚀等优点的基础上,保持了基体材料的结构强度。陶瓷涂层的厚度通常都在一毫米之内,可减少零件的消极重量,同时抗热冲击性能优于整体陶瓷。

    陶瓷涂层的分类

    陶瓷涂层按材料的化学成分,主要有氧化物、碳化物、氮化物、硼化物陶瓷等。

    氧化物陶瓷种类繁多,最常用的涂层材料有:

    Al2O3;TiO2;ZrO2;Cr2O3;SiO2;MgO;BeO;Y2O3;

    Al2O3·SiO2;MgO·ZrO2等。

    碳化物陶瓷主要有:SiC;WC;B4C;TiC等。

    氮化物陶瓷主要有:Si3N4;TiN;BN;AlN等。

    硼化物陶瓷应用并不广泛,常用的有:TiB;ZrB2等。

    陶瓷涂层的成型方法

    ①固相沉积法:如自蔓延高温合成法;搪瓷涂层。

    ②气相沉积法:如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)。

    ③湿化学法:如溶胶-凝胶法、化学镀及化学复合镀等。

    ④欧冠赔率法:如等离子喷涂、火焰喷涂等。大多数采用此方法。

喷涂

    陶瓷涂层的特点

    可涂覆基体材料范围非常广泛,几乎含盖了所有的材料。

    本身具有不燃、抗氧化、抗油污、抗有机溶剂、耐高温、耐腐蚀、电绝缘等特性。

    金属基质涂覆陶瓷涂层后,除了具有本身的金属基质物理性能以外,还会具有陶瓷材料的抗氧化,耐热等特点。

    涂覆陶瓷涂层可提高金属基质的硬度、耐磨性以及滑动性能。

    工艺简单、无需特殊设备。

    金属基质与陶瓷涂层间有良好润湿性和热匹配性。

    陶瓷涂层的应用

    采用不同的工艺方法,在金属基质表面制备陶瓷涂层,强化金属基质的耐腐蚀、耐热、耐磨、抗高温等性能,提高金属基质的使用寿命和适用范围。金属基陶瓷涂层材料既具有金属基材高韧性、塑性及导电性等,同时又获得整体陶瓷材料的耐腐蚀、耐氧化、耐高温及高硬度等优点,在各个领域都有着广泛的应用。

    1.在宇航工业中的应用

    在宇航工业中,热障陶瓷涂层、耐磨陶瓷涂层得到广泛的应用。高性能热障陶瓷涂层有效解决了航天飞机机身、发动机内壁、尾喷管等短时间经受高温冲刷及隔热等问题。

    2.在电力电子行业中的应用

    在电力行业中,耐磨陶瓷涂层有很大的用武之地。火力发电站的风机涂覆耐磨陶瓷涂层后可极大提高其使用寿命。大型水利工程的启闭机使用涂覆有耐磨陶瓷涂层的活塞杆可有效的克服传统活塞杆使用时间长出现的漏油、卡死现象。在电子行业中,高介电常数涂层如钛酸钡涂层广泛应用于电容器领域,利用氧化铝涂层的高温电绝缘性能制备的集成电路基板高性能封装材料,也应用的十分广泛。

    3.在汽车工业中的应用

    在汽车工业中,热障陶瓷涂层涂覆于汽车发动机内的燃烧室内壁、活塞、排气口等热端可有效提高这些部件的耐高温冲刷、隔热性能,将耐磨陶瓷涂层涂覆于活塞环、凸轮、曲轴等传动部件可减少这些部件的往复滑动磨损。将上述陶瓷涂层技术应用于汽车发动机中,不仅可以大幅提高发动机的使用寿命,而且也提高了发动机的热效率,减少了有害气体的排放。

    4.在冶金工业中的应用

    在冶金工业中,在金属工件表面涂覆保护性陶瓷涂层可有效的防止高温下金属冶炼,热加工过程的氧化、渗氧,从而达到保护工件的目的。炼钢时,在钢罐内外表面涂覆陶瓷涂层,防止高温铁水对钢罐的氧化进而影响铁水的质量。即可以保护钢罐不被氧化,还可以提高钢罐的使用寿命,陶瓷涂层的低导热系数还可以起到保温层的作用,节约能源。

    5.在刀具方面的应用

    涂覆有陶瓷涂层的刀具其硬度、耐热性、切削性能得到明显提升。陶瓷涂层刀具使用寿命长。有研究表明,在硬质合金刀具表面熔融一层0.9mm的氮化硼陶瓷涂层,该硬质合金刀具切削效果提升可达5倍以上。

    6.在其他领域的应用

    在其他很多领域,陶瓷涂层也有很广泛的应用。比如在生物医学领域,在医用金属合金表面涂覆具有与人体生物相容特性的陶瓷涂层,不但提高医疗材料的使用寿命,同时还很好的解决了医用材料在人体内的生物相容性问题,材料植入体内后,性能更加稳定牢固。在印刷行业中,通过在不同种类的滚锟表面(如墨斗锟,胶印锟等),涂覆陶瓷涂层,可有效的提高滚锟的使用寿命。

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