高温陶瓷涂层

1、概况 随着高新技术的不断发展，对材料性能的要求愈来愈高。由于工程机械、设备及构件的工作条件日益苛刻，要求材料具有耐高温、耐腐蚀、抗震动、抗疲劳、抗温度急变以及耐冲刷等性能，以致单纯的金属材料已不能满足要求。高温陶瓷材料则由于脆性和抗温度急变性差，使其应用也受到一定限制。因此在基体表面加涂陶瓷涂层的方法来制备既具有金属的强度和韧性又有陶瓷耐高温、耐腐蚀等优点的复合材料的工作越来越受到人们的重视。目前高温陶瓷涂层已经成功地应用于航天、航空、国防、化工、机械、电力、电子等工业，并且应用范围越来越广，有着广阔的发展前景。高温陶瓷涂层的种类繁多，用途很广，几乎所有的无机材料都可被作为涂层的原料，但主要的

2、组成可概括为：氧化物及复合氧化物金属间化合物，例如铝化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等难熔化合物(后四种有时也称为“硬质金属”)金属或合金以上三种组成的复合体高温陶瓷涂层一般是加涂在金属基底材料上。金属基底材料包括铸铁、低合金钢、高温合金(镍基、钻基合金)、活性金属(如锆、钛)及难熔金属(钨、钼、铌、钽、钒)等。此外，即使陶瓷材料，虽然一般认为已具有耐高温的性能，但当需要某些特殊性能时，还必须借助于涂层。石墨虽具有高温强度、低热膨胀系数、低弹性模量等优良性能，但它不抗氧化、也不抗冲刷，因此涂层可帮助它克服上述缺点。为了得到良好而满意的基底高温陶瓷涂层复合材料，必须考虑改进被涂的基底材料的加

3、涂性能。也就是说，一方面从改进涂层着手，另一方面从改进基底材料着手，使其更适合于采用加涂涂层的方法来获得满意的耐高温复合材料。 喷涂法是在高温下将涂层材料熔化和雾化，形成熔融或半熔融状态的粒子流，以极高的速度喷镀于底材表面上的涂覆方法，喷涂法最早是由瑞士的MUSehoop于1910年发明的。化学气相沉积化学气相沉积(CVD)(CVD)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陶瓷的固态薄膜或镀层。物理气相沉积物理气相沉积(PVD)(PVD)有离子镀法、溅射法和蒸镀法等。离子镀法是用电子束使蒸发源的材料蒸发成原子，并被在基体周围的等离

4、子体离子化后，在电场作用下以更大动能飞向基体而形成涂层。溅射法即以动量传递的方法将材料激发为气体原子，并飞出溅射到对面的基体表面上沉积而形成涂层。蒸镀法即蒸发镀膜，是用电子束使蒸发源的材料蒸发成粒子(原子或离子)而沉积在工件表面上形成涂层。 复合镀层就是在一定浓度的镀液中放人一些不溶性的陶瓷微粒，并进行搅拌，使之分散均匀，在进行电镀或化学镀的过程中，陶瓷微粒在镀层中被共析，成为金屑陶瓷复合镀层。 复合镀层材料是一种增强材料，可以作为常温和高温的耐磨材料和抗蚀材料，并可用作切削刀具，在航空和棱工业等高技术领域及汽车工业中都得到广泛应用。航天飞机返回地面时经过大气层，由于空气的摩擦作用机身要经受1

5、000 以上的高温冲击，为了保持舱内正常温度，在机身表面涂上黑色硼化硅和白色硼硅酸盐涂层。波音707飞机的发动机里有许多部件，如燃烧室内壁，压气机的衬套，齿轮箱传送装置等大量使用碳化铬和碳化钨等耐磨涂层。将钛酸钡喷涂在01毫米的铁皮上，涂层的厚度为30urn时，它的介电常数已超过6OOO了。这种高介电常数涂层已广泛用于固定电容器、可变电容器、混合集成电路的片电容器和电容器网络的基片上。在汽车工业中，为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲和日本的汽车制造厂家已经采用了合金上电解沉积镍SiC复合镀层。这种镀层还能大大提高了耐磨性能、润精性能和耐高温氧化性能。将氧化锫陶瓷粉末喷涂在内燃机燃烧室的内壁，可提高内燃机的工作温度，节省燃料和简化结构。 在冶金工业和机械工业中金属的冶炼、热加工和热处理都必需在高温下进行。为了防止金属的高温氧化、渗氮和渗氧，往往在金属表面施涂热处理保护涂层。这种涂料通常是由有机或无机粘接剂与硅酸盐、硼酸盐等组成，工件涂上这种涂料后能在热处理过程中形成高粘度低膨胀系数的玻璃相致密保护层，以阻止气体的扩散。工件冷却后涂层亦会自动剥落。热处理保护涂层能节约金属原材料，减少零部件的枕械加工量，提高金属表面质量。 高温陶瓷涂层作为材料表面工程的重要技术，探索与发展新的性能优良的陶瓷涂层的工艺是今后发展的一个主要方向。需要指出