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巴锶氟高性能陶瓷涂层制备的新工艺上线了

发布日期:2021/06/24

  通常情况下,金属、金属间化合物或陶瓷基质复合材料的性能取决于保护涂层的防护性能。例如,碳复合材料在氧化气氛中因热疲劳会受到损害;大多陶瓷复合材料暴露在1000℃大气中,会损失相当大的室温拉伸性能;一些在惰性环境中具有热化学相容性的费氧化物增强的氧化物基复合材料暴露于氧气中会形成中间化合物;碳化硅(SiC)和氮化硅(Si4N3)陶瓷和复合材料通常表现出优异的抗氧化性,但在碱性环境中腐蚀严重,因此在工业烟道气环境使用时,表面需要涂覆保护涂层。以下是在选择涂层材料时需要注意的几个要点:

  一、涂层必须不能与侵蚀性环境发生反应,以及具有限制氧气输送的低氧气渗透性;

  二、涂层的热膨胀系数(CTE)应接近基体的热膨胀系数,以防止因两者的CTE不匹配而产生应力分层或开裂;

  三、因为相转变通常伴随着体积变化,进而破坏涂层的完整性,所以在热暴露环境时,该涂层必须能保持其稳定状态;

  四、涂层必须与基体具有化学相容性,以免发生有害的化学反应。

  早期,巴锶氟陶瓷涂层多采用化学气相沉积(CVD)工艺制备,原理是通过加热基体表面或附近的气态反应物激活物理/化学反应,在基材表面产生固态沉积物涂层。该涂层可以保护工程材料免受化学扩散、磨损、摩擦、氧化和腐蚀。但在采用CVD制备陶瓷涂层时,如果膜层较薄,则需要较低的沉积温度;但如果膜层较厚,则需要较高的沉积温度才能确保较厚涂层与基体具有良好的黏结性能。良好的涂层附着性对于热性能、化学性能(耐腐蚀性、抗扩散性)和力学性能(例如耐磨性)而言都是必不可少的。因此,对于易受高温影响的基体或工程部件,则不能采用CVD工艺制备膜层。例如,因为工具钢的奥氏体化问题较低(450~550℃),所以使用热活化CVD法不适合用于在高速切削工具钢上沉积厚、硬以及耐磨涂层。诸如CVD沉积TiC和TiN等保护涂层需要高温才能进行,这一温度高于大多数钢的回火温度,会导致钢基材软化,因此需要后续进行热处理使其再硬化,不过后期热处理又会导致基材变形、尺寸变化以及增加生产成本。

  针对热激活CVD存在的问题,通过新技术的研究及对比分析,巴锶氟对陶瓷涂层制备工艺进行了改进升级,全新采用金属有机化学CVD技术制备高性能陶瓷涂层。涂层原理:前驱体在低温、减压条件下蒸发,随后前驱体由于吸附和热分解,在较高温度下沉积在基体表面形成金属膜;涂层优点:除了操作安全、环境安全以及成本效益较优的特点外,一是该涂层能够在保证基体材料固有性能的同时,降低沉积温度,在低加工温度下生产具有量好尺寸控制特性和独特单层、多层、复合、纳米结构以及功能梯度涂层结构的涂层材料;二是这种原子沉积方法可以提供纯净的、结构可控的、原子或纳米级的材料,从而生产高质量的陶瓷保护膜;三是该涂层工艺允许涂覆复杂形状的工程构件和制造纳米器件、碳-碳复合材料、CMC和独立形状的组件。

  近几年,巴锶氟陶瓷涂层因其具有较优异的耐磨损、耐腐蚀、耐高温、耐侵蚀、抗压绝缘等特性,在工业生产领域被广泛应用,如涡轮发动机叶片隔热层、柴油发动机受热段部件、需要防磨损防腐蚀防氧化的材料、电子电路板的电绝缘、发热装置、电力设备、军工装备、光电设施以及各类电炉等方面。