پیشرفت در تهیه و کاربرد پوشش های سرامیکی

1，خواص و طبقه بندی پوشش های سرامیکی

پوشش سرامیکی یک اصطلاح کلی برای دسته ای از پوشش های غیر فلزی معدنی است که نه تنها مزایای مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی مواد سرامیکی سنتی را حفظ می کند، بلکه استحکام ساختاری مواد پایه را نیز حفظ می کند.

پوشش سرامیکی با توجه به ترکیب شیمیایی مواد، پوشش اکسید اصلی، پوشش غیر اکسیداسیون، پوشش سیلیکات، پوشش سرامیکی کامپوزیت. سرامیک های اکسیدی که معمولاً برای پوشش استفاده می شوند عبارتند از: Al2O3، TiO2، ZrO2، Cr2O3، SiO2، MgO، BeO، Y2O3 و غیره. سرامیک های کاربید عمدتاً شامل SiC، WC، BC، TiC و غیره هستند. سرامیک های نیترید عمدتاً شامل Si3N4، TiN، BN، AlN هستند. و غیره سرامیک Boride، معمولا استفاده می شود TiB، ZrB2 و غیره. علاوه بر این، با توجه به الزامات سختگیرانه روزافزون برای پوشش های سرامیکی در کاربردهای مهندسی، برخی از پوشش های سرامیکی جدید نیز تمرکز تحقیقات فعلی هستند، مانند پوشش های سرامیکی خاکی کمیاب، پوشش های چند فازی، پوشش های فاز MAX و غیره.

از نقطه نظر کاربرد، همچنین به پوشش های سرامیکی با خواص ویژه متفاوت، مانند پوشش عایق در دمای بالا، پوشش مقاوم در برابر سایش و مقاومت در برابر فرسایش، پوشش محافظ عملیات حرارتی، پوشش روغن کاری با دمای بالا، پوشش انرژی اتمی و غیره تقسیم می شود.

2، فناوری آماده سازی پوشش سرامیکی

در حال حاضر، فناوری آماده سازی پوشش سرامیکی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، عمدتاً شامل فناوری روکش لیزری، فناوری خودگسترش، فناوری پاشش حرارتی، روش سل-ژل، رسوب بخار و روش های دیگر است.

2.1

تکنولوژی روکش لیزری

فناوری روکش لیزری از لیزر به عنوان منبع گرما برای ذوب مواد پوشش و سطح زیرلایه به طور همزمان برای تولید فناوری پوشش سطح جدید استفاده می کند (شکل 1 را ببینید). این فناوری می تواند مواد سرامیکی را ذوب کند تا بر ویژگی های پردازش دشوار آن غلبه کند، عمر مفید ماتریس، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر فشار و یک سری شاخص های عملکردی را تا حد زیادی بهبود بخشد، می تواند پوشش سرامیکی با کیفیت بالا را آماده کند، بنابراین بسیاری از کارشناسان و محققان متعهد به تحقیق در مورد این فناوری هستند.

2.2

فرآیند پاشش حرارتی

فناوری پاشش حرارتی یکی از روش های موثر برای تهیه سرامیک های نانوساختار است. در حال حاضر فناوری پاشش حرارتی در فرآیند تقاضای بازار و توسعه علمی و فناوری به انواع بیشتری متمایز شده است که در این میان مواد پاشش قوس الکتریکی نیاز به رسانایی الکتریسیته دارند و پاشش پلاسما می تواند اکثر مواد را با درجه اتوماسیون بالا اسپری کند. ، بهترین انتخاب برای پاشش مواد سرامیکی با ذوب بالا می باشد.

2.3

روش سل-ژل

روش سل-ژل روشی برای تهیه پوشش با محلول شیمیایی است که می تواند ترکیب، شکل گیری و ریزساختار مواد را کنترل کند. این روش دارای مزایای تجهیزات ساده و ریزساختار قابل کنترل مواد است. افزودن سنگدانه سرامیکی به سل و ترکیب با چسب مقاوم در برابر حرارت برای تهیه پوشش سرامیکی می تواند کسر حجمی حلال را کاهش داده و تمایل به ترک خوردگی لایه فیلم را پس از خشک شدن و پخت کاهش دهد. سختی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا پوشش‌های سرامیکی جدید تهیه‌شده به روش سل-ژل عمدتاً توسط محققین تأیید شده است.

2.4 تکنیک خود تکثیر

سنتز با دمای بالا خود تکثیر شونده (SHS) که به عنوان سنتز احتراق نیز شناخته می شود، روشی برای تهیه مواد است که در اواسط قرن بیستم ظاهر شد. این روش از اصل گرمای گرمازا برای گرم کردن احتراق تا دمای معین از طریق واکنش دهنده های مخلوط استفاده می کند و از احتراق موضعی به کل سیستم پخش می شود تا مواد مورد نیاز را سنتز کند. در مقایسه با فرآیند سنتی، این روش دارای مزایای آشکار است: اول، فرآیند تولید ساده است و استفاده از تجهیزات آسان است. دوم، زمان واکنش سریع و چرخه تولید کوتاه. سوم، مصرف کم انرژی؛ چهارم ناخالصی کمتر و خلوص بالای محصول.

2.5

رسوب بخار

رسوب بخار به رسوب بخار فیزیکی (PVD) و رسوب بخار شیمیایی (CVD) تقسیم می شود.

2.5.1 رسوب فیزیکی بخار (PVD)

PVD فناوری است که در آن ماده یا هدفی که قرار است آبکاری شود، با گرم کردن یا بمباران پرتو پرانرژی در یک محفظه خلاء به گاز تبخیر می‌شود و روی سطح قطعه کار رسوب می‌کند تا یک پوشش تشکیل شود.

2.5.2 رسوب بخار شیمیایی (CVD)

CVD فرآیندی است که از چندین گاز برای واکنش شیمیایی روی سطح یک قطعه گرم شده استفاده می کند تا پوشش مورد نظر را به دست آورد. هنگامی که پوشش توسط فناوری CVD تهیه می شود، زیرا جریان گاز واکنش می تواند باعث شود عنصر پوشش به هر قسمت از قسمت پیچیده یا قسمت حفره برسد، بزرگترین ویژگی این فرآیند این است که نرخ پوشش سطحی بسیار بالایی دارد. و هیچ فرآیندی نمی تواند جایگزین آن شود.

3. پیشرفت در کاربرد پوشش های سرامیکی

3.1

حفاظت از سد حرارتی (پوشش سرامیکی مانع حرارتی)

الزامات اساسی پوشش سد حرارتی مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا است. به طور محکم با ماتریس فلزی ترکیب شده است. هدایت حرارتی کم، عایق خوب؛ ضریب انبساط خطی به خوبی با ماتریس فلزی مطابقت دارد و تعداد چرخه های مقاوم در برابر حرارت زیاد است. این عمدتا در بخش های گرمایش هوانوردی، توربین های گاز دریایی و زمینی، و همچنین موتورهای احتراق داخلی، توربین های فشار، و تفنگ های اسپری اکسیژن برای صنایع متالورژی استفاده می شود.

3.2

عملکرد ضد خوردگی

کاربرد کلاسیک پوشش سرامیک، حفاظت در برابر خوردگی تجهیزات پتروشیمی، دریایی و سایر تجهیزات است. پوشش مورد استفاده برای محافظت در برابر خوردگی خط لوله عمدتاً پوشش آلی است، اما به دلیل فرسودگی پیری، مشکلات مقاومت در برابر گرما و سرما، عمر مفید خط لوله محدود است، پوشش نانو سرامیک دارای ویژگی های ضد پیری، مقاومت در برابر دما، مقاومت در برابر خوردگی و به همین ترتیب، که می تواند عمر سرویس خط لوله را تا حد زیادی افزایش دهد. علاوه بر این، پوشش نانو سرامیک دارای قابلیت جداسازی ضد کاتدی خوبی است و می تواند با محیط کاری دریایی سازگار شود.

3.3

اصطکاک را کاهش دهید

اصطکاک و سایش از مشکلات رایج در طبیعت است و برای تجهیزات حمل و نقل، حدود 80 درصد قطعات به دلیل سایش مواد از کار می افتند. با پیشرفت مداوم علم و فناوری و رشد سریع صنعت مدرن، الزامات قطعات مکانیکی برای مقاومت در برابر سایش سطحی آنها روز به روز سخت‌تر می‌شود [9]. استفاده از پوشش سرامیکی مقاوم در برابر سایش پاشیده شده بر روی سطح تجهیزات می تواند تجهیزات را هم استحکام و چقرمگی فلز، ماشین کاری و مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر حرارت بالا، مقاومت در برابر خوردگی، عایق بودن و سایر خواص سرامیک را که از اهمیت زیادی برای بهبود منافع اجتماعی و اقتصادی و افزایش عمر مفید قطعات دارد. به عنوان مثال، در فن نیروگاه حرارتی پوشش داده شده با پوشش سرامیکی مقاوم در برابر سایش می تواند عمر مفید آن را بهبود بخشد. استفاده از میله پیستون با روکش سرامیکی مقاوم در برابر سایش در دستگاه باز و بسته شدن پروژه های بزرگ حفاظت از آب می تواند به طور موثر بر پدیده نشت روغن و گیرکردن طولانی مدت در میله پیستون سنتی غلبه کند.

3.4

عایق برق

پوشش‌های سرامیکی عموماً عایق خوبی دارند و علاوه بر کاربرد در صنایع الکترونیک و برق، در صنایع مکانیکی، صنعتی و خودروسازی نیز تقاضای بالایی دارند. در صنعت الکترونیک، کامپوزیت فلز-سرامیک تشکیل شده از پوشش سرامیکی عایق پاشش حرارتی بر روی صفحه فلزی، ماده بستر ایده آل در صنعت میکروالکترونیک است. رسانایی حرارتی بالای فلز به سرعت گرمای تولید شده توسط جریان قوی را از بین می برد و لایه سرامیکی خواص عایق دی الکتریک عالی را ارائه می دهد.

3.5

دیگر

در بسیاری از زمینه های دیگر، پوشش های سرامیکی نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، در زمینه زیست پزشکی، پوشش سطح آلیاژهای فلزی پزشکی با پوشش های سرامیکی که با بدن انسان سازگاری زیستی دارند، نه تنها باعث بهبود عمر مفید مواد پزشکی می شود، بلکه مشکل زیست سازگاری مواد پزشکی را نیز به خوبی حل می کند. بدن، و عملکرد پس از کاشت مواد در بدن پایدارتر و محکم تر می شود.

4. چشم انداز

در حال حاضر انواع پوشش های سرامیکی و مراحل آماده سازی آنها وجود دارد و در زمینه های مختلف نقش بسزایی دارند، اما هنوز مشکلات زیادی وجود دارد که باید حل شود. از منظر پوشش سرامیکی، خواص مکانیکی آن و استحکام پیوند ماتریس کلیدی است. از منظر فناوری آماده سازی، روش عملیات ساده، کم هزینه، کیفیت بالا، کم هزینه و سازگار با محیط زیست جهت تلاش های فعلی و آینده است. در آینده، برای توسعه پوشش های سرامیکی، اول از همه، ویژگی های جامع پوشش و استحکام زیرلایه باید بهبود یابد. ثانیا، تحقیقات آماده سازی پوشش سرامیکی را تقویت کنید، کاستی های فرآیند آماده سازی موجود را بهبود بخشید و فرآیند آماده سازی بهتر را توسعه دهید.

Fountyl Technologies PTE Ltd، بر صنعت تولید نیمه هادی تمرکز دارد، محصولات اصلی عبارتند از: پین چاک، چاک سرامیکی متخلخل، افکتور انتهایی سرامیکی، پرتو مربع سرامیکی، دوک سرامیکی، خوش آمدید به تماس و مذاکره!