[發明專利]一種多孔陶瓷表面高韌性陶瓷涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201711097083.0
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107759251B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 王超;喬瑞慶;張帆;王占杰;宋貴宏;陳立佳
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89;C04B35/584;C04B35/597;C04B35/622
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發明公開了一種多孔陶瓷表面高韌性陶瓷涂層的制備方法，該方法特征是通過原位生成納米線與反應熔滲相結合的方法，在多孔陶瓷表面制備納米線增韌的陶瓷涂層。即：首先，采用涂刷法在多孔陶瓷表層制備一層非晶納米Si₃N₄粉體。之后，采用CVD法在多孔陶瓷表面原位生成一層陶瓷納米線。最后，通過反應熔滲，使低共熔溫度的陶瓷粉體熔融形成液相滲入到陶瓷納米線層中，制備出納米線增韌的陶瓷涂層。這種制備方法不僅能夠解決了納米線不易在涂層中均勻分散的難題，提高了涂層的韌性，而且強化了涂層與基體之間的界面結合。該方法制備的陶瓷涂層較為致密，并具有較高的斷裂韌性，提高多孔陶瓷的硬度、強度、抗熱沖擊能力等性能。

技術領域

本發明屬于陶瓷涂層的制備方法技術領域，具體涉及一種在多孔陶瓷基體表面制備高韌性陶瓷涂層的方法。

背景技術

多孔陶瓷具有密度低、良好的綜合力學性能、優異的高溫穩定性、低的介電常數和介電損耗、良好的隔熱性能、可加工等優異的性能，是一種良好的結構功能一體化材料，可以作為隔熱材料、透波材料等。但多孔陶瓷的表面和內部均是多孔結構，且孔道多為連通，因此在使用過程中存在幾個問題：（1）多孔陶瓷易吸附環境中的水汽，降低了材料的介電性能和隔熱性能。（2）多孔結構降低了材料的機械性能。一方面，氣孔的存在使材料負載面積減少，減弱了材料的負載能力；另一方面，氣孔在材料中相當于缺陷，容易引起應力集中和裂紋萌生，從而導致材料的機械性能降低。因此，多孔陶瓷在某些領域中的應用受到了很大的限制。

針對多孔陶瓷在實際使用時存在的問題，需要在多孔陶瓷表面制備一層致密陶瓷涂層，來隔離環境中的水汽，提高多孔陶瓷的機械性能。目前，現有的涂層材料及其制備方法主要包括以下幾個方面：（1）耐熱有機樹脂涂層。Goto等人通過噴霧法或溶液浸漬法在多孔陶瓷表面涂覆一層耐熱有機樹脂，如聚醚石風、聚苯醚、聚醚酰亞胺或有機硅樹脂等。有機樹脂涂層能有效地封住多孔陶瓷表面氣孔，隔離了環境中的水汽。但是，有機樹脂的使用溫度較低，耐熱溫度一般不能超過300℃。（2）化學氣相沉積（CVD）制備 Si₃N₄涂層。美國波音公司的Koetje、以色列的Barta等人采用CVD法在多孔氮化物陶瓷表面制備出致密Si₃N₄涂層。該涂層具有較高的機械強度、良好的耐雨蝕和耐砂蝕能力。在國內，一些研究人員也采用CVD法在多孔氮化物陶瓷表面制備出Si₃N₄涂層，所制備的涂層結構均勻且致密，不僅起到較好的防潮作用，而且明顯地提高了多孔氮化物陶瓷的力學性能。但是，由CVD制備的Si₃N₄涂層通常是非晶Si₃N₄相，涂層的韌性和高溫穩定性較差，導致涂層的抗熱沖擊能力較差。（3）無壓燒結制備玻璃質涂層。無壓燒結制備玻璃質涂層具有工藝簡單、操作靈活、適合復雜形狀的基體、涂層組織結構可調性強等特點。目前，制備的玻璃質涂層包括：Li₂O-Al₂O₃-SiO₂、α-Si₃N₄/CaO-B₂O₃-SiO₂、α-Si₃N₄/Li₂O-Al₂O₃-SiO₂、α-Si₃N₄/Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂等，結果表明：玻璃質涂層非常致密，能夠封住多孔陶瓷表面的氣孔，并且具有很好的硬度，但是涂層的韌性較差，導致涂層的抗熱沖擊能力較差。因此，如何提高涂層的強度、硬度、韌性等力學性能是一種重要的問題。