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            高性能陶瓷涂層材料及應用

            更新時間  2021-11-15 13:31:27 閱讀

                高性能陶瓷涂層是繼有機樹脂、金屬及合金之后涌現出來的一類非金屬無機涂層的總稱,在傳統陶瓷材料的耐高溫、抗磨損、耐腐蝕等優點的基礎上,保持了基體材料的結構強度。陶瓷涂層的厚度通常都在一毫米之內,可減少零件的消極重量,同時抗熱沖擊性能優于整體陶瓷。

                陶瓷涂層的分類

                陶瓷涂層按材料的化學成分,主要有氧化物、碳化物、氮化物、硼化物陶瓷等。

                氧化物陶瓷種類繁多,最常用的涂層材料有:

                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。

                硼化物陶瓷應用并不廣泛,常用的有:TiB;ZrB2等。

                陶瓷涂層的成型方法

                ①固相沉積法:如自蔓延高溫合成法;搪瓷涂層。

                ②氣相沉積法:如物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)。

                ③濕化學法:如溶膠-凝膠法、化學鍍及化學復合鍍等。

                ④熱噴涂法:如等離子噴涂、火焰噴涂等。大多數采用此方法。

            噴涂

                陶瓷涂層的特點

                可涂覆基體材料范圍非常廣泛,幾乎含蓋了所有的材料。

                本身具有不燃、抗氧化、抗油污、抗有機溶劑、耐高溫、耐腐蝕、電絕緣等特性。

                金屬基質涂覆陶瓷涂層后,除了具有本身的金屬基質物理性能以外,還會具有陶瓷材料的抗氧化,耐熱等特點。

                涂覆陶瓷涂層可提高金屬基質的硬度、耐磨性以及滑動性能。

                工藝簡單、無需特殊設備。

                金屬基質與陶瓷涂層間有良好潤濕性和熱匹配性。

                陶瓷涂層的應用

                采用不同的工藝方法,在金屬基質表面制備陶瓷涂層,強化金屬基質的耐腐蝕、耐熱、耐磨、抗高溫等性能,提高金屬基質的使用壽命和適用范圍。金屬基陶瓷涂層材料既具有金屬基材高韌性、塑性及導電性等,同時又獲得整體陶瓷材料的耐腐蝕、耐氧化、耐高溫及高硬度等優點,在各個領域都有著廣泛的應用。

                1.在宇航工業中的應用

                在宇航工業中,熱障陶瓷涂層、耐磨陶瓷涂層得到廣泛的應用。高性能熱障陶瓷涂層有效解決了航天飛機機身、發動機內壁、尾噴管等短時間經受高溫沖刷及隔熱等問題。

                2.在電力電子行業中的應用

                在電力行業中,耐磨陶瓷涂層有很大的用武之地?;鹆Πl電站的風機涂覆耐磨陶瓷涂層后可極大提高其使用壽命。大型水利工程的啟閉機使用涂覆有耐磨陶瓷涂層的活塞桿可有效的克服傳統活塞桿使用時間長出現的漏油、卡死現象。在電子行業中,高介電常數涂層如鈦酸鋇涂層廣泛應用于電容器領域,利用氧化鋁涂層的高溫電絕緣性能制備的集成電路基板高性能封裝材料,也應用的十分廣泛。

                3.在汽車工業中的應用

                在汽車工業中,熱障陶瓷涂層涂覆于汽車發動機內的燃燒室內壁、活塞、排氣口等熱端可有效提高這些部件的耐高溫沖刷、隔熱性能,將耐磨陶瓷涂層涂覆于活塞環、凸輪、曲軸等傳動部件可減少這些部件的往復滑動磨損。將上述陶瓷涂層技術應用于汽車發動機中,不僅可以大幅提高發動機的使用壽命,而且也提高了發動機的熱效率,減少了有害氣體的排放。

                4.在冶金工業中的應用

                在冶金工業中,在金屬工件表面涂覆保護性陶瓷涂層可有效的防止高溫下金屬冶煉,熱加工過程的氧化、滲氧,從而達到保護工件的目的。煉鋼時,在鋼罐內外表面涂覆陶瓷涂層,防止高溫鐵水對鋼罐的氧化進而影響鐵水的質量。即可以保護鋼罐不被氧化,還可以提高鋼罐的使用壽命,陶瓷涂層的低導熱系數還可以起到保溫層的作用,節約能源。

                5.在刀具方面的應用

                涂覆有陶瓷涂層的刀具其硬度、耐熱性、切削性能得到明顯提升。陶瓷涂層刀具使用壽命長。有研究表明,在硬質合金刀具表面熔融一層0.9mm的氮化硼陶瓷涂層,該硬質合金刀具切削效果提升可達5倍以上。

                6.在其他領域的應用

                在其他很多領域,陶瓷涂層也有很廣泛的應用。比如在生物醫學領域,在醫用金屬合金表面涂覆具有與人體生物相容特性的陶瓷涂層,不但提高醫療材料的使用壽命,同時還很好的解決了醫用材料在人體內的生物相容性問題,材料植入體內后,性能更加穩定牢固。在印刷行業中,通過在不同種類的滾錕表面(如墨斗錕,膠印錕等),涂覆陶瓷涂層,可有效的提高滾錕的使用壽命。

            文章來源:http://www.azprivatemedicine.com/


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