सिरेमिक कोटिंग्स की तैयारी और अनुप्रयोग में प्रगति

1，सिरेमिक कोटिंग्स के गुण और वर्गीकरण

सिरेमिक कोटिंग अकार्बनिक गैर-धातु कोटिंग के एक वर्ग के लिए एक सामान्य शब्द है, जो न केवल पारंपरिक सिरेमिक सामग्रियों के उच्च तापमान प्रतिरोध, पहनने के प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध के फायदे को बनाए रखता है, बल्कि आधार सामग्री की संरचनात्मक ताकत को भी बनाए रखता है।

सामग्री की रासायनिक संरचना के अनुसार सिरेमिक कोटिंग, मुख्य ऑक्साइड कोटिंग, गैर-ऑक्सीकरण कोटिंग, सिलिकेट कोटिंग, समग्र सिरेमिक कोटिंग। ऑक्साइड सिरेमिक में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली कोटिंग सामग्री Al2O3, TiO2, ZrO2, Cr2O3, SiO2, MgO, BeO, Y2O3 आदि हैं। कार्बाइड सिरेमिक में मुख्य रूप से SiC, WC, BC, TiC आदि शामिल हैं। नाइट्राइड सिरेमिक में मुख्य रूप से Si3N4, TiN, BN, AlN शामिल हैं। , आदि। बोराइड सिरेमिक, आमतौर पर TiB, ZrB2 इत्यादि का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में सिरेमिक कोटिंग्स के लिए बढ़ती कठोर आवश्यकताओं के साथ, कुछ नए सिरेमिक कोटिंग्स भी वर्तमान शोध का फोकस हैं, जैसे कि दुर्लभ पृथ्वी सिरेमिक कोटिंग्स, मल्टीफ़ेज़ कोटिंग्स, मैक्स चरण कोटिंग्स इत्यादि।

अनुप्रयोग के दृष्टिकोण से, इसे विभिन्न विशेष गुणों वाले सिरेमिक कोटिंग्स में भी विभाजित किया गया है, जैसे उच्च तापमान इन्सुलेशन कोटिंग, पहनने के प्रतिरोध और क्षरण प्रतिरोध कोटिंग, गर्मी उपचार सुरक्षात्मक कोटिंग, उच्च तापमान स्नेहन कोटिंग, परमाणु ऊर्जा कोटिंग और इसी तरह।

2，सिरेमिक कोटिंग की तैयारी तकनीक

वर्तमान में, आमतौर पर उपयोग की जाने वाली सिरेमिक कोटिंग तैयारी तकनीक में मुख्य रूप से लेजर क्लैडिंग तकनीक, स्व-प्रसार तकनीक, थर्मल छिड़काव तकनीक, सोल-जेल विधि, वाष्प जमाव और अन्य विधियां शामिल हैं।

2.1

लेजर क्लैडिंग तकनीक

लेजर क्लैडिंग तकनीक एक नई सतह कोटिंग तकनीक का उत्पादन करने के लिए एक ही समय में कोटिंग सामग्री और सब्सट्रेट सतह को पिघलाने के लिए गर्मी स्रोत के रूप में लेजर का उपयोग करती है (चित्र 1 देखें)। यह तकनीक अपनी कठिन प्रसंस्करण विशेषताओं को दूर करने के लिए सिरेमिक सामग्री को पिघला सकती है, मैट्रिक्स की सेवा जीवन में काफी सुधार कर सकती है, उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, दबाव प्रतिरोध और प्रदर्शन संकेतकों की एक श्रृंखला, उच्च गुणवत्ता वाली सिरेमिक कोटिंग तैयार कर सकती है, इतने सारे विशेषज्ञ और विद्वान इस प्रौद्योगिकी के अनुसंधान के लिए प्रतिबद्ध हैं।

2.2

थर्मल छिड़काव प्रक्रिया

थर्मल छिड़काव तकनीक नैनो-संरचित सिरेमिक तैयार करने के प्रभावी तरीकों में से एक है। वर्तमान में, बाजार की मांग और वैज्ञानिक और तकनीकी विकास की प्रक्रिया में थर्मल छिड़काव तकनीक को और अधिक प्रकारों में विभेदित किया गया है, जिनमें से, आर्क छिड़काव सामग्री को बिजली का संचालन करने की आवश्यकता होती है, और प्लाज्मा छिड़काव अधिकांश सामग्रियों को उच्च स्तर के स्वचालन के साथ स्प्रे कर सकता है। , उच्च पिघलने वाली सिरेमिक सामग्री के छिड़काव के लिए सबसे अच्छा विकल्प है।

2.3

सोल-जेल विधि

सोल-जेल विधि रासायनिक समाधान के साथ कोटिंग्स तैयार करने की एक विधि है, जो सामग्री की संरचना, गठन और सूक्ष्म संरचना को नियंत्रित कर सकती है। इस विधि में सरल उपकरण और सामग्री की नियंत्रणीय सूक्ष्म संरचना के फायदे हैं। सोल में सिरेमिक एग्रीगेट जोड़ने और सिरेमिक कोटिंग तैयार करने के लिए गर्मी प्रतिरोधी चिपकने वाले के साथ संयोजन करने से विलायक के वॉल्यूम अंश को कम किया जा सकता है और सूखने और ठीक होने के बाद फिल्म परत की क्रैकिंग प्रवृत्ति को कम किया जा सकता है। सोल-जेल विधि द्वारा तैयार किए गए नए सिरेमिक कोटिंग्स की कठोरता, पहनने के प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और उच्च तापमान ऑक्सीकरण प्रतिरोध की ज्यादातर शोधकर्ताओं द्वारा पुष्टि की गई है।

2.4 स्व-प्रसार तकनीक

स्व-प्रचारित उच्च तापमान संश्लेषण (एसएचएस), जिसे दहन संश्लेषण के रूप में भी जाना जाता है, सामग्री तैयार करने की एक विधि है जो 20 वीं शताब्दी के मध्य में दिखाई दी। यह विधि मिश्रित अभिकारकों के माध्यम से दहन को एक निश्चित तापमान तक गर्म करने के लिए एक्सोथर्मिक ताप के सिद्धांत का उपयोग करती है, और आवश्यक सामग्रियों को संश्लेषित करने के लिए स्थानीय दहन से पूरे सिस्टम में फैलती है। पारंपरिक प्रक्रिया की तुलना में, विधि के स्पष्ट फायदे हैं: सबसे पहले, उत्पादन प्रक्रिया सरल है और उपकरण का उपयोग करना आसान है; दूसरा, तीव्र प्रतिक्रिया समय और लघु उत्पादन चक्र; तीसरा, कम ऊर्जा खपत; चौथा, कम अशुद्धियाँ और उत्पाद की उच्च शुद्धता।

2.5

वाष्प जमाव

वाष्प जमाव को भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) और रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) में विभाजित किया गया है।

2.5.1 भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी)

पीवीडी एक ऐसी तकनीक है जिसमें चढ़ाए जाने वाले पदार्थ या लक्ष्य को वैक्यूम चैंबर में हीटिंग या उच्च-ऊर्जा बीम बमबारी द्वारा गैस में वाष्पित किया जाता है और कोटिंग बनाने के लिए वर्कपीस की सतह पर जमा किया जाता है।

2.5.2 रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी)

सीवीडी एक ऐसी प्रक्रिया है जो वांछित कोटिंग प्राप्त करने के लिए गर्म हिस्से की सतह पर रासायनिक प्रतिक्रिया करने के लिए कई गैसों का उपयोग करती है। जब कोटिंग सीवीडी तकनीक द्वारा तैयार की जाती है, क्योंकि प्रतिक्रिया गैस का प्रवाह कोटिंग तत्व को जटिल भाग या गुहा भाग के किसी भी हिस्से तक पहुंचा सकता है, इस प्रक्रिया की सबसे बड़ी विशेषता यह है कि इसकी सतह कोटिंग दर बहुत अधिक है, और कोई भी प्रक्रिया इसका स्थान नहीं ले सकती.

3. सिरेमिक कोटिंग्स के अनुप्रयोग में प्रगति

3.1

थर्मल बैरियर सुरक्षा (थर्मल बैरियर सिरेमिक कोटिंग)

थर्मल बैरियर कोटिंग की बुनियादी आवश्यकताएं उच्च तापमान प्रतिरोध और उच्च तापमान ऑक्सीकरण प्रतिरोध हैं। धातु मैट्रिक्स के साथ मजबूती से संयुक्त; कम तापीय चालकता, अच्छा इन्सुलेशन; रैखिक विस्तार गुणांक धातु मैट्रिक्स के साथ अच्छी तरह से मेल खाता है, और गर्मी प्रतिरोधी चक्रों की संख्या अधिक है। इसका उपयोग मुख्य रूप से विमानन, नौसैनिक और भूमि गैस टर्बाइनों के हीटिंग भागों के साथ-साथ नागरिक आंतरिक दहन इंजन, दबाव टर्बाइन और धातुकर्म उद्योग के लिए ऑक्सीजन स्प्रे गन में किया जाता है।

3.2

संक्षारण रोधी कार्य

सिरेमिक कोटिंग का एक क्लासिक अनुप्रयोग पेट्रोकेमिकल, समुद्री और अन्य उपकरणों का संक्षारण संरक्षण है। पाइपलाइन संक्षारण संरक्षण के लिए उपयोग की जाने वाली कोटिंग मुख्य रूप से कार्बनिक कोटिंग है, लेकिन उम्र बढ़ने, गर्मी और ठंड प्रतिरोध समस्याओं के कारण, पाइपलाइन की सेवा जीवन सीमित है, नैनो सिरेमिक कोटिंग में एंटी-एजिंग, तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और की विशेषताएं हैं इत्यादि, जो पाइपलाइन की सेवा जीवन को काफी हद तक बढ़ा सकता है। इसके अलावा, नैनो-सिरेमिक कोटिंग में अच्छी एंटी-कैथोड स्ट्रिपिंग क्षमता होती है और यह समुद्री कार्य वातावरण के अनुकूल हो सकती है।

3.3

घर्षण कम करें

घर्षण और घिसाव प्रकृति में आम समस्याएँ हैं, और परिवहन उपकरणों के लिए, सामग्री के घिसाव के कारण लगभग 80% हिस्से विफल हो जाते हैं। विज्ञान और प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास और आधुनिक उद्योग के तेजी से बढ़ने के साथ, सतह के पहनने के प्रतिरोध के लिए यांत्रिक भागों की आवश्यकताएं अधिक से अधिक कठोर होती जा रही हैं [9]। उपकरण की सतह पर छिड़के गए पहनने के लिए प्रतिरोधी सिरेमिक कोटिंग के उपयोग से उपकरण को धातु की ताकत और कठोरता, मशीनेबिलिटी और पहनने के प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, इन्सुलेशन और सिरेमिक के अन्य गुण दोनों मिल सकते हैं, जो कि है सामाजिक और आर्थिक लाभ में सुधार और भागों की सेवा जीवन का विस्तार करने के लिए बहुत महत्व है। उदाहरण के लिए, थर्मल पावर स्टेशन में पहनने के लिए प्रतिरोधी सिरेमिक कोटिंग से लेपित पंखा अपनी सेवा जीवन में सुधार कर सकता है; बड़े जल संरक्षण परियोजनाओं की उद्घाटन और समापन मशीन में पहनने के लिए प्रतिरोधी सिरेमिक लेपित पिस्टन रॉड का उपयोग तेल रिसाव की घटना को प्रभावी ढंग से दूर कर सकता है और पारंपरिक पिस्टन रॉड में लंबे समय तक फंस सकता है।

3.4

विद्युतीय इन्सुलेशन

सिरेमिक कोटिंग्स में आम तौर पर अच्छा इन्सुलेशन होता है और इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रिकल उद्योगों में अनुप्रयोगों के अलावा, मैकेनिकल, औद्योगिक और ऑटोमोटिव उद्योगों में इसकी उच्च मांग होती है। इलेक्ट्रॉनिक उद्योग में, धातु की प्लेट पर थर्मल छिड़काव इन्सुलेटिंग सिरेमिक कोटिंग द्वारा गठित धातु-सिरेमिक मिश्रित माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उद्योग में आदर्श सब्सट्रेट सामग्री है। धातु की उच्च तापीय चालकता तेज धारा से उत्पन्न गर्मी को जल्दी से नष्ट कर देगी, और सिरेमिक परत उत्कृष्ट ढांकता हुआ इन्सुलेशन गुण प्रदान करती है।

3.5

अन्य

कई अन्य क्षेत्रों में भी सिरेमिक कोटिंग्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, बायोमेडिसिन के क्षेत्र में, चिकित्सा धातु मिश्र धातुओं की सतह को सिरेमिक कोटिंग्स के साथ कोटिंग करना जो मानव शरीर के साथ जैव-अनुकूल हैं, न केवल चिकित्सा सामग्रियों की सेवा जीवन में सुधार करती है, बल्कि मानव में चिकित्सा सामग्रियों की जैव-अनुकूलता की समस्या को भी हल करती है। शरीर, और सामग्री को शरीर में प्रत्यारोपित करने के बाद प्रदर्शन अधिक स्थिर और दृढ़ होता है।

4. आउटलुक

वर्तमान में, कई प्रकार की सिरेमिक कोटिंग्स और उनकी तैयारी की प्रक्रियाएँ हैं, और वे विभिन्न क्षेत्रों में बहुत बड़ी भूमिका निभाते हैं, लेकिन अभी भी कई समस्याओं का समाधान किया जाना बाकी है। सिरेमिक कोटिंग के दृष्टिकोण से, इसके यांत्रिक गुण और मैट्रिक्स बॉन्डिंग ताकत प्रमुख हैं; तैयारी तकनीक की दृष्टि से सरल संचालन, कम लागत, उच्च गुणवत्ता, कम लागत तथा पर्यावरण अनुकूल विधि ही वर्तमान एवं भविष्य के प्रयासों की दिशा है। भविष्य में, सिरेमिक कोटिंग्स के विकास के लिए, सबसे पहले, कोटिंग के व्यापक गुणों और सब्सट्रेट की ताकत में सुधार किया जाना चाहिए; दूसरे, सिरेमिक कोटिंग तैयारी के अनुसंधान को मजबूत करें, मौजूदा तैयारी प्रक्रिया की कमियों में सुधार करें और बेहतर तैयारी प्रक्रिया विकसित करें।

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