陶瓷镀膜及陶瓷涂层技术

现代高性能精密技术陶瓷材料的机械和热稳定性、耐腐性、耐磨性等决定其广泛的高端机械产品的市场应用，如用于各种纤维、塑料、钢铁等材料表面改性的陶瓷和复合陶瓷镀膜及涂层。这种镀膜和涂层可以是单一陶瓷材料体系和两种或两种以上的陶瓷材料复合体系，也可以是仅添加了陶瓷的复合体系。陶瓷镀膜和涂层技术可以实施在传统材料基体上如各种纤维、塑料、钢铁、有色金属、玻璃等物质，通过低成本的物体表面的陶瓷改性镀膜和涂层，能极大地提高基体表面的机械、物理和化学性能，并且在一定的条件下可产生新的力学、光学、电磁学和热学等新功能进而开发出新的产品，达到材料表面改性和功能化目的。这种技术简单可靠，兼顾了金属、非金属和复合材料的优势，但成本却相对非常低廉，节约材料，节约能源，同时可有效地提高产品质量，延长产品使用寿命。

事实上，材料表面改性与镀膜涂层技术已成为现代材料科学的一重要部分，而陶瓷材料的纳米镀膜涂层则是目前镀膜涂层的主要部分。纳米材料由于其比面积大，烧结活性高及不易聚合的特性引起了科学技术界的广泛重视，其小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应使纳米材料有着与传统材料无法比拟的独特性能和极大的潜在商业价值。而高性能技术陶瓷材料的优越性使它可以兼顾

金属、非金属和复合材料的优势，非常有利于复合镀膜和涂层的设计与功能性质的发挥。因此，陶瓷纳米材料与表面技术相结合的纳米表面镀膜和涂层技术已成为纳米材料的主要应用功能之一。

纳米陶瓷的镀膜和涂层按用途分为功能和结构两类，功能镀膜和涂层包括光学、电学、磁学、催化敏感、热学等，结构镀膜和涂层则指高强度和耐磨、耐高温和抗氧化、自润滑等。例如，在高硬度的耐磨镀膜和涂层中加入某种纳米相就可以进一步提高镀膜和涂层的耐磨性和硬度并保持较高的韧性；在镀膜和涂层中添加纳米材料可明显提高材料的抗氧化性和耐高温性能；把某种一定量的纳米粉料加入到镀膜和涂层中还可有效地改善物体表面的润滑性能而形成自润滑材料。

我司拥有目前******上陶瓷粉料制备的主要先进制作工艺和设备(沉淀法、溶胶－凝胶法、水热法、喷雾法、燃烧高温热解法等等)，尤其是独特的燃烧高温热解法(Flame Pyrolysis)，这种方法是在氧气和氢气的高温燃烧火焰中热解起始溶液中的雾化剂浮粒从而产生高度弥散的氧化物粉末，生成的氧化物粉末呈圆球形，与其它纳米粉末制备方法相比，燃烧高温热解法制备的纳米粉料团聚性很低，粒度分布小，平均大小在15nm至70nm之间(取决于反应条件)。纳米粉料的高同质性通过在燃烧中的很短滞留时间得以调整，颗粒的形成和分离过程并不在燃烧中产生。同时，还可用少量的掺杂剂来******调整化学计量比例和配料剂量。

在拥有上述纳米粉末材料的制备技术基础上，我司同时也掌握了纳米陶瓷镀膜和涂层的多种技术，包括各类溶胶镀膜技术和真空镀膜技术，涂层技术如各类沉积(气相沉积和液相沉积)、喷涂(真空、常温、火焰、等离子喷涂、旋转涂)等，能够根据不同的镀膜和涂层技术，针对薄膜和涂层的性能要求设计特殊的工艺并用特殊的纳米粉末镀膜和涂层。

陶瓷的功能镀膜和涂层

陶瓷镀膜在改进材料表面和产品本身的重要性方面具体表现在以下：首先能提高改善产品质量从而延长产品使用寿命(耐磨、抗腐蚀、疏水性等)，其次，材料表面功能化可以开发出新的产品。纳米陶瓷镀膜技术在改进材料表面特性和满足功能层需求方面有重要的实际意义，用这样的镀膜把不同的材料连结起来，如陶瓷与陶瓷，陶瓷与金属，开辟了陶瓷镀膜和涂层技术在工业实际应用中更广泛的领域。我公司采用诸如******网板印刷镀膜、塞式印刷镀膜、点式印刷镀膜等镀膜技术使陶瓷金属化或对陶瓷表面作特殊技术处理，覆盖从镀膜技术设计、镀膜材料生产、产品镀膜直至成品高温固化的各个镀膜技术方面。

对技术陶瓷的功能镀膜和涂层包括：增强表面强度和抗划痕涂层、防水涂层、保洁净涂层、导电涂层、导热涂层、隔热涂层、可焊接涂层、模片键合式涂层和线式结合涂层、绝缘涂层及彩色涂层等。例如，

•将陶瓷涂层在Ag/Pd;Au上应用于压力感应器的电极和微电子基片上(纳米陶瓷的涂层可广泛用于集成线路、微电子芯片的生产制造中)；

•涂层在玻璃上用于压力感应器的绝缘转换器；

•涂层在Pt;Au上用于陶瓷煤气感应器的电极；

•涂层在环氧树脂上用于粘结和密封陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属部件；

另外，某些烷氧基可以用烷基或改性烷基来替代。这些含有机聚合物的化合物混合物因新增有机化合物交联键遂形成纳米复合保护膜，可以在800C至1500C或室温下用紫外线处理法固化。陶瓷薄膜的众多变异特性可以通过改变烷基组和聚合反应机制来取得。这样的薄膜产品可用在塑料硬化涂层，吸湿表面(玻璃、陶瓷)的防水涂层等。陶瓷镀膜和涂层可实际应用的范围和领域极广，包括国防军事和航空航天中的微波吸波材料涂层、纳米氧化物陶瓷材料如Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3等隐身(吸收红外线)的纳米红外镀膜技术等。

陶瓷涂层在高机械磨损中的应用

随着现代科技的发展与提高，对材料和设备及机械零部件的性能要求也越来越高。整体铸造或锻造价格成本高，用昂贵的金属如钛、镍、钴、钨、锆等造价也很高且铸、锻造和焊接都有相当的困难。而纳米陶瓷涂层可以在普通材料的表面上制造一个特殊的工作表面，使其达到防腐、耐磨、减磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系列多种功能，达到节约材料，节约能源的目的。例如，机械制造中对机械表面抗压、抗磨损、抗腐蚀的要求越来越高。可以通过高温(30000C－70000C)大气等离子喷涂和其它涂层方式将陶瓷粉末、合金陶瓷粉末或其它复合陶瓷粉末等喷涂在机械部件的表面从而可以延长部件的使用寿命20－100倍以上(取决于部件磨损强度和部件材料本身)，既可以喷涂在新部件上，也可用于修补磨损后的部件，如：

•对煤气设备的电绝缘层和变流机轴抗磨层的AL2O3大气等离子喷涂；

•对发动机活塞、密封圈螺纹、轴套、球阀内球体的Cr2O3大气等离子喷涂；

•对汽车、空压机等的曲轴磨损等采用涂层均可修复；

•对防热层的ZrO2＋Y大气等离子喷涂；

•对化工行业的搪瓷反应釜或搅拌浆叶采用陶瓷涂层并进行封孔处理修复；

•对齿轮系统滑动面的钼(Mo)大气等离子喷涂；

对金属和非金属表面镀膜后的防尘保洁作用

我公司研制的新型纳米陶瓷和纳米复合陶瓷材料可用在对各种金属、非金属的表面镀膜或加入油漆内涂层在物体表面，镀膜或油漆后的物体表面附着力小，使各种尘埃和脏污物质很难系着，同时，镀膜后的物体表面超亲水性强(superhydrophilicity，制备TiO2薄膜时若加入适量的SiO2，在紫外光照射下TiO2薄膜便会出现超亲水性)，水具有在材料表面完全铺开的趋势，从而水流足够，能将造成污点的有机化合物替换掉，即出现所谓的表面自清洁能力，其结果是不仅能始终保持镀膜和油漆表面的美观和清洁度，也减少了对清洗保洁的需求。这种材料和技术对有防尘保净要求的油漆涂料、日常用品、房屋、汽车外壳、交通工具、光学仪器、家电、建筑物等行业和产品有着非常巨大的市场潜力。

对聚甲基丙烯酸甲酯PMMA(Polymethylmethacrylate，即有机玻璃)、塑料、金属、陶瓷或其它复合材料的抗划痕镀膜和涂层

有机玻璃因抗划痕强度不足其应用受到很大限制，擦痕会破坏有机玻璃良好的光学特性，丙酮这样的有机溶剂也会损坏玻璃的表面。我司专门研制的热处理涂层材料就是为解决这一问题的。这种新型复合纳米材料由于其二氧化硅(Silica)纳米颗粒分散在聚硅氧烷(Polysiloxane)矩阵排列中，极大地提高了抗划痕强度、温度和化学稳定性，即使用有机溶剂、酸性或碱性洗涤剂擦洗表面也无妨。我们开发出的这种镀膜材料是一种低粘度的液态复合纳米材料，可镀膜和涂层在任何尺寸的非规则形状的有机玻璃上，根据表面面积和物体形状运用不同的涂层技术(如喷涂、浸涂、刷涂、旋转涂、滚动涂、帘涂、网板印刷涂)，在室温下干燥后用750C的温度固化而成。涂层厚约2－3µm，耗料很少。

在实际应用中，我们还可以通过采用调整后的配方和涂层工艺方式将类似的陶瓷纳米涂层材料镀膜在玻璃、塑料、金属、陶瓷或其它复合材料体上，同样可以取得非常好的抗划痕效果。纤维(如碳纤维、玻璃纤维等)加强材料质轻、稳定、经济性好，虽广泛得到应用，但由于其表面耐磨性差故使用受到了很大局限。我公司采用独特的大气等离子喷涂方式可以将陶瓷、复合陶瓷或金属材料(如Al2O3,Cr2O3，Mo，Cu，ZrO2，WC－Co等材料)涂层在纤维基套筒、管道、滚筒、平面(如40mm－400mm直径，2300mm长度的管道，200x300mm平面等)或各种形状的纤维加强材料基体上，涂层与基体的粘结强度极高，能大大提高低成本的聚合物和纤维加强材料的强度、耐腐蚀性、耐磨损性和使用寿命，抗拉强度可至>25N/mm2，由于这些聚合物和纤维加强材材质轻，重量小，可以替代金属而大量用于航空航天，具有良好的市场发展潜力和应用价值。