Postęp w przygotowaniu i aplikacji powłok ceramicznych

1, Właściwości i klasyfikacja powłok ceramicznych

Powłoka ceramiczna to ogólne określenie klasy nieorganicznych powłok niemetalicznych, które nie tylko zachowują zalety odporności na wysoką temperaturę, odporność na zużycie i odporność na korozję tradycyjnych materiałów ceramicznych, ale także zachowują wytrzymałość strukturalną materiału podstawowego.

Powłoka ceramiczna w zależności od składu chemicznego materiału, główna powłoka tlenkowa, powłoka nieutleniająca, powłoka silikatowa, kompozytowa powłoka ceramiczna. Ceramika tlenkowa powszechnie stosowanymi materiałami powłokowymi to Al2O3, TiO2, ZrO2, Cr2O3, SiO2, MgO, BeO, Y2O3 itp. Ceramika węglikowa obejmuje głównie SiC, WC, BC, TiC itp. Ceramika azotkowa obejmuje głównie Si3N4, TiN, BN, AlN itp. Ceramika borkowa, powszechnie stosowane TiB, ZrB2 i tak dalej. Ponadto, w obliczu coraz bardziej rygorystycznych wymagań dotyczących powłok ceramicznych w zastosowaniach inżynieryjnych, w centrum bieżących badań znajdują się również niektóre nowe powłoki ceramiczne, takie jak powłoki ceramiczne z pierwiastków ziem rzadkich, powłoki wielofazowe, powłoki z fazą MAX i tak dalej.

Z punktu widzenia zastosowania dzieli się go również na powłoki ceramiczne o różnych specjalnych właściwościach, takich jak powłoka izolacyjna w wysokiej temperaturze, powłoka odporna na zużycie i erozję, powłoka ochronna do obróbki cieplnej, powłoka smarująca w wysokiej temperaturze, powłoka wykorzystująca energię atomową i tak dalej.

2, Technologia przygotowania powłoki ceramicznej

Obecnie powszechnie stosowana technologia przygotowania powłok ceramicznych obejmuje głównie technologię napawania laserowego, technologię samorozprzestrzeniania, technologię natryskiwania cieplnego, metodę zol-żel, naparowywanie i inne metody.

2.1

Technologia napawania laserowego

Technologia napawania laserowego wykorzystuje laser jako źródło ciepła do jednoczesnego stopienia materiału powłoki i powierzchni podłoża w celu uzyskania nowej technologii powlekania powierzchni (patrz rysunek 1). Technologia ta może stopić materiał ceramiczny w celu przezwyciężenia jego trudnych właściwości przetwórczych, znacznie poprawić żywotność matrycy, odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję, odporność na ciśnienie i szereg wskaźników wydajności, może przygotować wysokiej jakości powłokę ceramiczną, dlatego wielu ekspertów i uczeni są zaangażowani w badania tej technologii.

2.2

Proces natryskiwania termicznego

Technologia natryskiwania cieplnego jest jedną ze skutecznych metod przygotowania ceramiki o nanostrukturze. Obecnie technologia natryskiwania cieplnego podzieliła się na więcej typów w procesie zapotrzebowania rynku oraz rozwoju naukowego i technologicznego, wśród których materiały do ​​natryskiwania łukowego muszą przewodzić prąd, a natryskiwanie plazmowe może natryskiwać większość materiałów, przy wysokim stopniu automatyzacji , to najlepszy wybór do natryskiwania wysokotopliwych materiałów ceramicznych.

2.3

Metoda zol-żel

Metoda zol-żel to metoda wytwarzania powłok roztworem chemicznym, która pozwala kontrolować skład, formowanie i mikrostrukturę materiału. Zaletą tej metody jest proste wyposażenie i możliwość kontrolowania mikrostruktury materiału. Dodanie kruszywa ceramicznego do zolu i połączenie z klejem żaroodpornym w celu przygotowania powłoki ceramicznej może zmniejszyć udział objętościowy rozpuszczalnika i zmniejszyć tendencję do pękania warstwy folii po wyschnięciu i utwardzeniu. Twardość, odporność na zużycie, odporność na korozję i odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze nowych powłok ceramicznych przygotowanych metodą zol-żel zostały w większości potwierdzone przez badaczy.

2.4 Technika samorozmnażania

Samopropagująca synteza wysokotemperaturowa (SHS), zwana także syntezą spalania, to metoda przygotowania materiałów, która pojawiła się w połowie XX wieku. Metoda ta wykorzystuje zasadę ciepła egzotermicznego do podgrzania spalania do określonej temperatury poprzez zmieszane reagenty i rozprzestrzenia się ze spalania lokalnego na cały system w celu syntezy wymaganych materiałów. W porównaniu z procesem tradycyjnym metoda ta ma oczywiste zalety: po pierwsze, proces produkcyjny jest prosty, a sprzęt łatwy w użyciu; Po drugie, szybki czas reakcji i krótki cykl produkcyjny; Po trzecie, niskie zużycie energii; Po czwarte, mniej zanieczyszczeń i wysoka czystość produktu.

2.5

Osadzanie parowe

Naparowywanie dzieli się na fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD).

2.5.1 Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD)

PVD to technologia, w której materiał lub tarcza przeznaczona do powlekania jest odparowywana do postaci gazu poprzez ogrzewanie lub bombardowanie wiązką wysokoenergetyczną w komorze próżniowej i osadzana na powierzchni przedmiotu obrabianego w celu utworzenia powłoki.

2.5.2 Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)

CVD to proces, w którym wykorzystuje się wiele gazów do reakcji chemicznej na powierzchni nagrzanej części w celu uzyskania pożądanej powłoki. Gdy powłoka jest przygotowywana technologią CVD, ponieważ przepływ gazu reakcyjnego może sprawić, że element powłoki dotrze do dowolnej części złożonej części lub części wnękowej, największą cechą procesu jest to, że charakteryzuje się on bardzo dużą szybkością powlekania powierzchni, i żaden proces nie jest w stanie tego zastąpić.

3.Postęp w stosowaniu powłok ceramicznych

3.1

Ochrona barierą termiczną (powłoka ceramiczna stanowiąca barierę termiczną)

Podstawowymi wymaganiami powłoki termoizolacyjnej są odporność na wysoką temperaturę i odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze. Mocno połączone z metalową osnową; Niska przewodność cieplna, dobra izolacja; Współczynnik rozszerzalności liniowej jest dobrze dopasowany do metalowej osnowy, a liczba cykli żaroodpornych jest wysoka. Stosowany jest głównie w elementach grzewczych lotniczych, morskich i lądowych turbin gazowych, a także cywilnych silników spalinowych, turbin ciśnieniowych i pistoletów tlenowych dla przemysłu metalurgicznego.

3.2

Funkcja antykorozyjna

Klasycznym zastosowaniem powłoki ceramicznej jest ochrona antykorozyjna urządzeń petrochemicznych, morskich i innych. Powłoka stosowana do ochrony antykorozyjnej rurociągu to głównie powłoka organiczna, ale ze względu na starzenie się, problemy z odpornością na ciepło i zimno, żywotność rurociągu jest ograniczona, powłoka nano ceramiczna ma właściwości zapobiegające starzeniu, odporność na temperaturę, odporność na korozję i tak dalej, co może znacznie wydłużyć żywotność rurociągu. Ponadto powłoka nanoceramiczna ma dobrą zdolność do usuwania powłok antykatodowych i może dostosować się do morskiego środowiska pracy.

3.3

Zmniejsz tarcie

Tarcie i zużycie to częste problemy natury, a w przypadku sprzętu transportowego około 80% części ulega awariom z powodu zużycia materiału. Wraz z ciągłym rozwojem nauki i technologii oraz szybkim rozwojem nowoczesnego przemysłu, wymagania stawiane częściom mechanicznym w zakresie odporności ich powierzchni na zużycie stają się coraz bardziej rygorystyczne [9]. Zastosowanie odpornej na zużycie powłoki ceramicznej natryskiwanej na powierzchnię sprzętu może sprawić, że sprzęt będzie zarówno wytrzymały, jak i udarny metalu, podatność na obróbkę skrawaniem i odporność na zużycie, odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję, izolację i inne właściwości ceramiki, która jest ogromne znaczenie dla poprawy korzyści społecznych i ekonomicznych oraz przedłużenia żywotności części. Na przykład w elektrowni cieplnej wentylator pokryty odporną na zużycie powłoką ceramiczną może poprawić jego żywotność; Zastosowanie odpornego na zużycie tłoczyska z powłoką ceramiczną w maszynie otwierającej i zamykającej duże projekty oszczędzania wody może skutecznie przezwyciężyć zjawisko wycieku oleju i utknięcia w tradycyjnym tłoczysku przez długi czas.

3.4

Izolacja elektryczna

Powłoki ceramiczne mają na ogół dobrą izolację i cieszą się dużym zainteresowaniem w przemyśle mechanicznym, przemysłowym i motoryzacyjnym, a także w zastosowaniach w przemyśle elektronicznym i elektrycznym. W przemyśle elektronicznym kompozyt metalowo-ceramiczny powstały w wyniku natryskiwania termicznego izolacyjnej powłoki ceramicznej na metalowej płycie jest idealnym materiałem podłoża w przemyśle mikroelektroniki. Wysoka przewodność cieplna metalu szybko odprowadzi ciepło wytwarzane przez silny prąd, a warstwa ceramiczna zapewnia doskonałe właściwości izolacji dielektrycznej.

3.5

Inny

W wielu innych dziedzinach powłoki ceramiczne znajdują również szerokie zastosowanie. Na przykład w biomedycynie powlekanie powierzchni medycznych stopów metali powłokami ceramicznymi biokompatybilnymi z organizmem człowieka nie tylko poprawia żywotność materiałów medycznych, ale także dobrze rozwiązuje problem biokompatybilności materiałów medycznych w organizmie człowieka ciała, a wydajność jest bardziej stabilna i mocna po wszczepieniu materiału w ciało.

4. Perspektywa

Obecnie istnieje wiele rodzajów powłok ceramicznych i procesów ich przygotowania, które odgrywają ogromną rolę w różnych dziedzinach, jednak nadal pozostaje wiele problemów do rozwiązania. Z punktu widzenia powłoki ceramicznej kluczowe są jej właściwości mechaniczne i siła wiązania matrycy; Z punktu widzenia technologii przygotowania metoda prostej obsługi, niski koszt, wysoka jakość, niski koszt i przyjazność dla środowiska jest kierunkiem obecnych i przyszłych wysiłków. W przyszłości dla rozwoju powłok ceramicznych należy przede wszystkim poprawić kompleksowe właściwości powłoki i wytrzymałość podłoża; Po drugie, wzmocnij badania nad przygotowaniem powłoki ceramicznej, popraw niedociągnięcia istniejącego procesu przygotowania i opracuj lepszy proces przygotowania.

Fountyl Technologies PTE Ltd koncentruje się na przemyśle produkcji półprzewodników, a główne produkty to: uchwyt kołkowy, porowaty uchwyt ceramiczny, ceramiczny efektor końcowy, ceramiczna belka kwadratowa, wrzeciono ceramiczne, zapraszamy do kontaktu i negocjacji!