[發(fā)明專利]一種多孔陶瓷表面致密陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310608160.X
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN103693997A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紅潔;王超;范星宇;牛敏;史忠旗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B41/89
• 分類號(hào): C04B41/89
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷涂層的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在多孔陶瓷基體表面制備致密陶瓷涂層的方法。

背景技術(shù)

多孔陶瓷可看作陶瓷與氣孔的復(fù)合體，兼?zhèn)淞颂沾刹牧吓c多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有密度小、耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、熱膨脹系數(shù)小，易加工等特點(diǎn)，是一種良好的結(jié)構(gòu)功能一體化材料，可以作為隔熱材料，透波材料等。但由于其表面和內(nèi)部均是多孔結(jié)構(gòu)，且孔洞連通。在使用過程中，很容易吸附空氣中水分，從而會(huì)增加多孔陶瓷的熱傳導(dǎo)率和降低多孔陶瓷的介電性能；另外，多孔陶瓷基體表面較粗糙，存在大量的氣孔，大幅度降低了多孔陶瓷的力學(xué)性能。因此，多孔陶瓷在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了很大的限制。

目前，解決上述多孔陶瓷存在的問題常用的方法有兩種：一種是直接制備具有密度梯度的陶瓷材料。如波音公司已經(jīng)制備出了具有密度梯度的氮化硅材料，該材料的結(jié)構(gòu)分為兩層：低密度（0.5～1.8g/cm³）的多孔氮化硅材料為芯層，表層是高密度的氮化硅材料。以色列研制出一種低密度（1.0～2.2g/cm³）多孔氮化硅層和高密度(2.8～3.2g/cm³)氮化硅層復(fù)合而成的氮化硅材料，該材料機(jī)械強(qiáng)度高，可耐1600℃高溫。但是，這種方式不利于制備復(fù)雜形狀的樣品。并且很多陶瓷材料很難在低溫下實(shí)現(xiàn)致密化燒結(jié)。另一種是在多孔陶瓷表面制備一層的致密的陶瓷涂層。制備涂層的方式如：化學(xué)氣相沉積(CVD)，溶膠-凝膠法等。采用CVD法主要是在多孔陶瓷表面沉積一層致密的Si₃N₄,SiC,B₄C涂層。沉積后，多孔基體的吸水率降低了95%～99.82%，抗彎強(qiáng)度提高了13.6%～24.4%。而采用CVD法制備涂層，沉積效率低，成本高，而且很難在復(fù)雜形狀的基體表面進(jìn)行沉積；溶膠-凝膠法主要是在多孔陶瓷表面制備氧化物陶瓷涂層，但此種方法效率低，工藝過程繁瑣，并且涂層與基體的界面不易控制。因此，采用以上方法制備多孔陶瓷表面的陶瓷涂層不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

料漿噴涂是一種常用的制備陶瓷涂層的方法。噴涂角度比較靈活，可以在復(fù)雜形狀的基體表面制備陶瓷涂層。并且，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，效率高，便于工業(yè)化應(yīng)用。王紅潔等人申請(qǐng)的專利申請(qǐng)?zhí)?01210396094.X的專利采用料漿噴涂的工藝在多孔陶瓷基體表面沉積單層氧化物粉體，經(jīng)過燒結(jié)制備出了致密的氧化物陶瓷涂層。但是該氧化物陶瓷涂層以玻璃相為主，其硬度較低，抗沖蝕的能力較差。通常，采用料漿噴涂工藝制備非氧化物陶瓷涂層是將非氧化物陶瓷粉體與作為燒結(jié)助劑的氧化物粉體混合在一起，之后噴涂到基體表面。這種方法中，燒結(jié)助劑會(huì)在燒結(jié)過程中先形成液相，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷涂層的液相燒結(jié)。但是，涂層在燒結(jié)過程會(huì)發(fā)生很大的體積收縮，致使涂層與基體開裂，分層，并產(chǎn)生氣孔等缺陷，。同時(shí)，由于多孔基體具有很強(qiáng)的吸附能力，液相很容易滲入到多孔基體的內(nèi)部，涂層厚度難以控制。一方面影響基體的性能，另一方面影響涂層的致密性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種多孔陶瓷基體表面致密陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)及制備方法，解決了液相滲入多孔基體過深的問題，能夠在高氣孔率陶瓷基體表面制備出致密的陶瓷涂層，并且該制備方法具有簡(jiǎn)單、靈活、高效且易于工業(yè)化應(yīng)用的特點(diǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種多孔陶瓷表面致密陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)，多孔陶瓷基體表面包括雙層結(jié)構(gòu)陶瓷涂層，即致密層以及多孔陶瓷基體和致密層間的過渡層，所述致密層和過渡層是采用在多孔基體表面噴涂沉積非氧化物陶瓷粉體內(nèi)層和氧化物混合物粉體外層，經(jīng)過燒結(jié)之后得到。

所述非氧化物陶瓷粉體為α-Si₃N₄粉體、β-Si₃N₄粉體或γ-Y₂Si₂O₇粉體。

所述氧化物的混合物粉體為Y₂O₃、SiO₂和Al₂O₃的混合物，其質(zhì)量比為Y₂O₃:SiO₂:Al₂O₃=（3～4）:（3～5）:（2～3）。

所述多孔陶瓷基體的氣孔率為30～60%。

上述所述的多孔陶瓷表面致密陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：