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SiC晶金属陶瓷复合涂层制备技术的研究
作者：于美玲赵林
来源：《城市建设理论研究》2013年第10期
【摘要】随着科学技术与制造技术日新月异的发展,氧化铝陶瓷在现代工业中得到了深入
的发展和广泛的应用。本文介绍了SiC晶金属陶瓷在各个研究领域的应用及其制备工艺,以SiC 晶金属陶瓷性能为基础,综述了它在所应用领域的发展状况。采用泥浆预涂层反应法在C/SiC
复合材料表面制备Si/SiC涂层。通过理论计算和实验确定了制备致密不开裂涂层的泥浆配比；研究了埋粉烧结和气相硅真空反应烧结2种不同烧结气氛对Si/SiC涂层微观形貌和成分的影响；分析了不同涂层的工艺过程、工艺特点、性能以及优缺点，提出了高温反应合成涂层技术存在的问题，展望了研究发展方向。
【关键词】SiC涂层，金属陶瓷，复合涂层
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一.前言
高新技术和工业现代化的持续高速发展使得各种机械零件的工作条件日益苛刻。由于零部件的破坏往往从表面开始,表面的局部破坏又会导致零件的整体失效,因此, C/C和SiC复合材料具有诸多优异的高温性能,如高温稳定性、较高温度下低的线膨胀系数、强度随温度升高而增加、摩擦系数稳定等,在航天、化工、冶金、交通和机械工业等领域备受青睐采用包埋法在C/C 复合材料表面制备了SiC高温防氧化涂层。涂层主要由β-SiC和少量的游离Si组成,涂层表面有裂纹存在,涂层与C/C和SiC复合材料基体结合良好,呈现犬牙状结合, 在SiC晶金属陶瓷复合涂层制备技术方面得到了完美体现。
二.SiC晶金属陶瓷复合涂层
采用料浆法在C/C复合材料siC内涂层表面制备出分别适用于900℃、1300℃和1500℃长
期防氧化的陶瓷外涂层。当siC内层为采用两步包埋法制备的致密涂层时，适用于900℃的
siC/陶瓷涂层具有较好的防氧化性能，涂层试件在900℃静态空气中氧化100小时后失重率仅为0.14%，
涂层在试件在氧化过程中表现为微量失重的主要原因是陶瓷涂层在氧化温度下的缓慢挥发。陶瓷的涂层适用1400℃左右的防氧化陶瓷密封层结构为MOSIZ相分散于硼硅酸盐玻璃相之中。而且该涂层具有非常好的的抗氧化性能和抗热震性能的特点，在1400℃左右的静态空气中氧化中放置160小时和经19次1400℃。室温急冷急热循环后，涂层试样的氧化失重率可能达到仅仅的2.16%。
有关高分子、复合、金属、陶瓷材料 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成时间：2015年1月3日
有关金属、陶瓷、高分子、复合材料 高分子材料 特点：高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料有很高的分子量,质轻,密度小,有优良的力学性能,绝缘性能,隔热性能.由于高分子结构的不同,其特点也不尽相同。比如说：橡胶一类线型柔性高分子聚合物，其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状；高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料，它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。功能高分子材料除还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。 应用：浙江大学的科研人员得到一种不仅坚硬、富有韧性，而且可连续化制备的高分子材料。用它织成的衣服可以防辐射和静电，由于新型纤维质量轻，还可做成更轻便的防弹衣。目前，课题组已能制成比头发丝还细的仿贝壳纤维。“我们这项技术的应用面很广，例如可制成功能性的织物。大家穿上了用仿贝壳纤维材料做的衣服后，不仅能防静电，还可以防辐射，同时又耐化学腐蚀。”该课题组博士生许震说。也许在未来，人们真的可以像蜘蛛侠那样，喷出液体迅速凝结成强韧的新型纤维，飘荡在城市大楼之间。 复合材料： 特点：由异质、异性、异形的有机聚合物、无机非金属、金属等材料作为基体或增强体，通过复合工艺组合而成的材料。除具备原材料的性能外，同时能产生新的性能。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。一般复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点。 应用：在建筑工业发展中使用树脂基复合材料对减轻建筑物自重，提高建筑物的使用功能等十分有利，是实现建筑工业现代化的必要条件。有可设计性，力
摘要 近年来，随着现代化工业的不断进步与发展，人们对于材料的性能要求越来越高，其中较为重要的一点便是材料的耐磨性。众所周知，磨损现象不论在科研实践还是日常生活中都是很常见的，并且若不及时更换调整便极有可能造成严重的安全事故。因此，如何提高易磨损材料的耐磨性能便显得尤为重要。 锌锅沉没辊是热浸镀锌设备中一种重要零件，我国锌锅沉没辊的辊轴与辊套需要从国外进口，不仅价格昂贵而且磨损严重，平均一周就需要更换一次设备，导致轧制的成本很高。所以锌锅沉没辊辊轴与辊套的耐磨性是一个越来越受到重视的问题。本设计旨在制备316L不锈钢表面的耐磨陶瓷涂层来缓解锌锅沉没辊的辊轴与辊套过于严重的磨损，以此延长锌锅沉没辊的辊轴与辊套的寿命，提高生产效率。 我们通常用表面合金化、表面形变强化、表面涂层强化等方法来提高材料耐磨性。本设计借助钎涂原理，分别以氧化铝和碳化钨作为陶瓷增强相材料，Ni82CrSiB合金为钎料，利用真空钎涂的方法制作出较为耐磨的陶瓷涂层，从而达到提高不锈钢表面耐磨性的要求。试验结果表明：氧化铝与钎料的润湿效果不够理想，在涂层中没能发现氧化铝相，即以氧化铝作为陶瓷增强相材料无法达到预期目标；而碳化钨颗粒在涂层中分布较均匀，涂层表面光滑，有金属光泽，并且与不锈钢表面冶金结合良好，硬度达到了不锈钢基体的6倍以上，有望大幅提高材料的耐磨性能。 关键词：金属陶瓷涂层；钎涂技术；硬度
Brazing Process of Metal-ceramic Coating on Stainless Steel Abstract In recent years, with the continuous progress and modernization of industrial development, people are increasingly demanding high-performance materials, one of the important points is the wear resistance. As we all know, the wear phenomena both in research and practice is still very common in daily life, and if not timely replacement of adjustments it is very likely result in serious accidents. Therefore, how to improve the wear resistance of the material is particularly important. The zinc pot sink roll is one of the important parts of hot dip galvanizing equipments. The bush of zinc pot sink rolls needs to be imported from abroad, and it is not only expensive but also badly worn., it needs to be replaced once per week, and that would lead to the high cost of rolling. Therefore, the wear resistance of the zinc pot sink roller bearing is a question with more and more attention. This design is in order to prepare the surface of 316L stainless steel wear-resistant ceramic coating to solve the zinc pot sink roll shaft and insert wear too serious problem to extend the life of the equipment and The main methods of improving the wear resistance for material are surface strain hardening, surface alloying, surface coating strengthened and so on. In this design, we use the braze coating principle, and make the Al2O3 and WC as ceramic reinforcement materials, Ni82CrSiB as the brazing. The method of using the vacuum braze coating to produce more wear-resistant ceramic coating, so as to improve wear resistance of the stainless steel surface requirements. The results showed that: The wetting effect of Al2O3 and brazing filler is not satisfactory, and we could not find alumina phase in the coating, that is to say, Al2O3 as the ceramic reinforcement materials can not achieve the desired goal. However, WC particles in the coating are distributed more evenly. The coating surface is smooth, with a metallic luster, and it is a good metallurgical bond with the stainless steel surface. Its hardness is more than 6 times the stainless steel substrate, and it can be required to improve the wear resistance. Key Words：metal-ceramic coating; braze coating process; hardness
陶瓷涂层 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成，并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多；按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等，按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等；按其性能与用途可分为温控涂层（包括温控、隔热、红外辐射涂层等）、耐热涂层（包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等）、摩擦涂层（包括减磨、耐磨润滑涂层）、电性能涂层（包括导电、绝缘涂层等）、特种性能涂层（包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等）及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1．喷涂法（等离子喷涂法） 2．化学气相沉积法（CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体的某些成分分解，并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3．物理气相沉积法（PVD）：离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等，离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显，两者相互渗透，CVD技术引入等离子活化等物理过程，出现了PACVD技术，PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4．复合镀层 5．溶胶-凝胶法 6．原位反应法 三、应用 航天航空工业：航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业：增加介电常数 汽车工业：为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层，这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁，可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用：硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具，陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍，多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍， 冶金和机械工业：金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行，防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧，往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用：改善人体与金属的生物相容性。 石油化工：防腐 陶瓷、玻璃生产：增加强度和寿命 食品包装：耐热、高阻隔、透明度
金属陶瓷复合材料的应用 我公司提供以下热喷涂技术服务：修复各类设备主轴、曲轴以及所有轴的轴颈、轴承档、油封档、键槽的磨损、拉伤等缺陷。“锅炉四管”（水冷壁管、过热器管、预热器管和省煤器管）喷涂防护、循环硫化床锅炉、膜式壁热喷涂防护、风机叶片、拉丝塔轮、拨丝缸、水轮机的导风叶、水轮机叶片的迷宫环等部件的防汽蚀、防磨处理。大型液压油缸的陶瓷涂覆活塞杆和液压缸以及位置测量成套系统、化工泵中往复泵柱塞陶瓷涂层、机械密封环和轴套表面喷涂、陶瓷蝶阀密封面喷涂代替镶圈结构、高参数球阀喷涂陶瓷、在石油、天然气勘测和钻采过程中所用设备的关键部件如钻头、轴、轴套、灌浆泵等表面热喷涂防护。 在塑料工业设备中，塑料挤出机螺杆、塑料切碎机喷嘴、塑料薄膜生产辊。冶金工业中，连续退火炉辊、张紧辊和偏转器辊自清理炉辊、热浸镀锌用沉没辊、稳定辊等先进涂层。热轧无缝管顶头的表面强化涂层、铜合金热挤压模具强化涂层。在化纤工业中，各种槽辊、锭杯、牵伸辊、导丝辊、表面陶瓷涂层、造纸烘缸表面防腐防磨防护、上光砑光棍、纸浆真空吸水箱板、印刷工业中铸铁印刷滚表面喷涂防护、陶瓷网纹辊、电晕辊。 在玻璃工业中，铜电板的抗高温氧化保护涂层、喂料柱塞和喂料管、内燃机燃烧室的热障陶瓷涂层（汽缸盖底面、活塞底面、活塞顶面、汽门全部底面缸套、活塞环、水泵动密封环、气门顶杆、增压器涡轮） 热喷涂涂层工业应用介绍 随着涂层新材料和新工艺的不断涌现，热喷涂涂层已在国民经济各个工业部门广泛地应用。加之现代计算机技术、传感测试技术、自动化及机器人技术、真空技术与热喷泉涂技术的结合和渗透，使得热喷涂技术的深入发展和工业规模化生产均有大幅度的进步和提高。对未来热喷涂发展的方向以及市场与工业规模的预测为：技术附加值高、效益好的如生物工程，航空航天，工、模具，电子工业等，但规模相对较小；要求成本低的大规模产业如汽车工业和钢结构，但技术附加值低；应用面最广的仍是机械工业，包括石油化工、轻纺、能源、冶金、航空、汽车等也均属此范畴。 热喷涂技术能赋予各类机械产品，特别是关键零部件许多特种功能涂层，形成复合材料结构具有的综合作用，真正做到了“ 好钢用在刀刃上” ，是材料科学表面技术发展的一个方向。但热喷涂技术仅通过涂层在机械产品基体表面获得一定的特殊功能，而不能代替基材或提高产品的结构性能。 钢铁长效防腐蚀涂层 由于锌、铝、锌铝、铝镁涂层的电极电位均负于钢铁，故对钢铁结构能起到阴极保护作用。从20世纪40年代起，国外已将它们喷涂于钢铁构件上作为长效抗腐涂层。国内自70年代起开始推广应用，迄今成功的实例不胜枚举。目前大面积钢结构喷涂锌、铝涂层一般采用电弧喷涂工艺，局部辅助以氧乙炔火焰线材喷涂补遗。现在国内每年采用热喷涂大面积施工工程均在数百万平方米以上。
新型碳化硅陶瓷基复合材料 材料资讯新型碳化硅陶瓷基复合材料陶瓷材料的耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能，使其具有接替金属作为新一代高温结构材料的潜力。但是，陶瓷材料的脆性大和可靠性差等致命弱点又阻碍其实用化。在发展的多种增韧途径中，连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CFRCMC，简称CMC）最引人注目，它可以具有类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感、没有灾难性损毁。 70代初期法国Bordeaux大学Naslain教授发明了化学气相渗透（Chemical Vapor Infiltration,CVI）制造连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（简称CMC－SiC)的新方法并获得专利，现已发展成为工程化技术，尔后美国购买了此项法国专利。 CMC－SiC具有高比强、高比模、耐高温、抗烧蚀、抗氧化和低密度等特点，其密度为2～2.5g/cm3，仅是高温合金和铌合金的1/3～1/4，钨合金的1/9～1/10。CMC－SiC主要包括碳纤维增韧碳化硅（C/SiC）和碳化硅纤维增韧碳化硅（SiC/SiC）两种，由于碳纤维价格便宜且容易获得，因而C/SiC成为SiC陶瓷基复合材料研究、考核与应用的首选。 CMC－SiC的应用可覆盖瞬时寿命（数十秒～数百秒）、有限寿命（数十分钟～数十小时）和长寿命（数百小时～上千小时）3类服役环境的需求。用于瞬时寿命的固体火箭发动机，C/SiC的使用温度可达2800～3000℃；用于有限寿命的液体火箭发动机，C/SiC的使用温度可达2000～2200℃；用于长寿命航空发动机，C/SiC的使用温度为1650℃，SiC/SiC 为1450℃，提高SiC纤维的使用温度是保证SiC/SiC用于1650℃的关键。 由于C/SiC抗氧化性能较SiC/SiC差，国内外普遍认为，航空发动机热端部件最终获得应用的应该是SiC/SiC。因此CMC－SiC被认为是继碳－碳复合材料（C/C）之后发展的又一新型战略性材料，可大幅度提高现有武器装备和发展未来先进武器装备性能，发达国家都在竞相发展。此外，CMC－SiC在核能、高速刹车、燃气轮机热端部件、高温气体过滤和热交换器等方面还有广泛应用潜力。 1. 碳化硅陶瓷基复合材料的应用与发展现状 高性能动力是发展先进航空和航天器的基础。提高航空发动机的推重比和火箭发动机的冲质比是改善先进航空和航天器性能的必经之路。这些都要求不断降低发动机的结构重量和提高发动机构件的耐温能力。因此，发展耐高温、低密度的新型超高温复合材料来接替高温合金和难熔金属材料，成为发展高性能发动机的关键和基础。 国际普遍认为，CMC-SiC是发动机高温结构材料的技术制高点之一，可反映一个国家先进航空航天器和先进武器装备的设计和制造能力。由于其技术难度大、耗资大，目前只有法国、美国等少数国家掌握了连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的产业化技术。 1.1 高推重比航空发动机领域（略） 1.2先进火箭发动机领域（略） 2. 我国CVI－CMC－SiC 制造技术的研究进展 CMC－SiC的制造方法有反应烧结（RB），热压烧结（HP），前驱体浸渍热解（PIP），反应性熔体渗透（RMI）以及CVI，CVI－PIP，CVI－RMI和 PIP－HP等。CVI是目前唯一已商业化的制造方法，其适应性强，原理上适用于所有无机非金属材料，可制造多维编织体复合材料的界面层、基体和表面涂层。CVI必须使气相反应物渗透到纤维预制体的每一根单丝纤维上，而单丝的最小间距仅为1μm左右，因此CVI过程的控制比CVD困难得多。 与其他成型方法相比，CVI法制造CMC具有制备温度低（≈1 000℃）；气相渗透能力强，便于制造大型、薄壁、复杂的近终形构件，能对基体、界面和表面层进行微观尺度的化学成分与结构设计。 CVI法的主要缺点是工艺控制难度大，法国从发明CVI法制造CMC－SiC到形成规
金属陶瓷复合材料（学习型） 摘要：大家都知道，金属材料具有抗热震性、韧性好等特点，因而可以在许多领域中都得到广泛应用，但是它又因易氧化和高温强度不高等缺点限制了发展。而陶瓷材料具有硬度高，耐热性好，耐腐蚀等特点，如果通过一定的工艺方法将他们结合起来制成金属陶瓷，则可兼有二者的优点。使制成的新材料具有硬度大、高温强度高、高温蠕变性好，抗热震性好、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等众多优异的性能，得到更加广泛的应用。 关键词：金属陶瓷；复合原理；润湿性；热力学共存性 引言：属陶瓷是由金属粘结相和陶瓷主相组成。但并不是说，任意一种金属相和陶瓷相的结合就有优良的性金能。所以如何选择材料并且如何使材料能够完美的结合在一起将是本文重点研究的一个问题。 1、金属陶瓷材料体系的选择原则 对于金属陶瓷来说，要使其具有理想的性能，需要考虑的主要问题是如何把两个以上的相结合起来，获得理想的结构。而相界面的润湿性、化学反应以及组分的溶解对相界面的结合都有着重要的影响。为此，在材料体系的选择中，一般应遵循以下几个原则： 第一，熔融金属与陶瓷相的润湿性要良好，这是决定金属陶瓷性能优劣的主要条件之一。第二，金属相与陶瓷相之间不发生剧烈的化学反应，如果反应太剧烈，纯金属相就会变成金属化合物，而无法达到用金属来改善陶瓷脆性的目的。第三，金属相和陶瓷相的热膨胀系数相差不可过大，对于单一材料来说膨胀系数愈小，抗热震性愈好。但对金属陶瓷来说，除考虑整体膨胀系数外，还要考虑组元材料热膨胀系数的差别，这种差别如果太大，便会使材料在急冷、急热条件下产生巨大的热应力，甚至使材料产生裂纹或断裂。 另外，为了获得良好的显微结构，金属相和陶瓷相的量要有适当的要求，最理想的结构应该是细颗粒的陶瓷相均匀分布于金属相中，金属相以连续使薄膜状态存在，将陶瓷颗粒包裹，根据这一要求，陶瓷的量一般为 15%~80%。 2、金属陶瓷复合原理 2.1 金属相与陶瓷相间的润湿性问题 由于陶瓷和金属的晶体类型及物理化学特性的差异，两者的相容性很差，绝大部分液金属都不能润湿陶瓷，因而如何改善金属对陶瓷的润湿性，从而改善材
浅论陶瓷复合材料的研究现状及应用前景 董超2009107219金属材料工程 摘要 本文主要对陶瓷复合材料的研究现状及应用前景进行了研究，并对当今陶瓷复合材料发展面临的问题进行了概括，希望对陶瓷复合材料的进一步发展起到一定的作用。 本文首先对Al2O3陶瓷复合材料和玻璃陶瓷复合材料的研究进展及发展前景进行了详细的研究。然后对整个陶瓷复合材料的发展趋势及存在的问题进行了分析，得出了在新的时期陶瓷复合材料主要向功能、多功能、机敏、智能复合材料、纳米复合材料、仿生复合材料方向发展；目前复合材料面临的主要问题是基础理论研究问题和新的设计和制备方法问题。 关键词：Al2O3陶瓷复合材料玻璃陶瓷复合材料研究现状应用前景 1. 前言 以粉体为原料，通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品统称为陶瓷。陶瓷的种类繁多，根据陶瓷的化学组成、性能特点、用途等不同，可将陶瓷分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。而在许多重要的应用及研究领域，特殊陶瓷是主要研究对象。 陶瓷复合材料是特殊陶瓷的一种。在高技术领域内，对结构材料要求具有轻质高强、耐高温、抗氧化、耐腐蚀和高韧性的特点。陶瓷具有优良的综合机械性能，耐磨性好、硬度高、以及耐热性和耐腐蚀性好等特点。但是它的最大缺点是脆性大。近年来，通过往陶瓷中加入或生成颗粒、晶须、纤维等增强材料，使陶瓷的韧性大大地改善，而且强度及模量也有一定提高。因此引起各国科学家的重视。本文主要介绍了各种陶瓷复合材料的研究现状及其应用前景，并对陶瓷复合材料近年来的发展进行综述。 2.研究现状 随着现代科学技术快速发展，新型陶瓷材料的开发与生产发展异常迅速，新理论、新工艺、新技术和新装备不断出现，形成了新兴的先进无机材料领域和新兴产业。科学技术的发展对材料的要求日益苛刻，先进复合材料已成为现代科学技术发展的关键，它的发展水平是衡量一个国家科学技术水平的一个重要指标，因此世界各国都高度重视其研究和发展。 复合材料的可设计性大，能满足某些对材料的特殊要求，特别是在航空航天技术领域的应用得到迅速发展。陶瓷复合材料的研究，根本目的在于提高陶瓷材料的韧性，提高其可靠性，发挥陶瓷材料的优势，扩大应用领域。本文就几类典型的陶瓷复合材料介绍其研究现状。 2.1Al2O3陶瓷复合材料的研究进展及发展前景 Al2O3陶瓷作为常见陶瓷材料，既具有普通陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀、
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究 A Study of the Ceram ic M atrix Com po sites R einfo rced by Carbon F ibers 杨雪戴永耀赵广文金东明 (北京航空材料研究院 Yang Xue D ai Yongyao Zhao Guangw J in Dongm ing (In stitu te of A eronau , B eijing [摘要 ]使用 CVD , 全渗入到基体里面。这是由于“瓶颈” 效应所致 , , 进而封闭了通向大气孔的入口。为此 , ( 通过控制反应气体通道位置和试样的加热位置 , , 使用 PCCVD 技术制造的 C Si C 复合材料 , 。 []O ne of the p rob lem s w ith the u se of CVD techn iques to den sify the ceram ic m a 2 trix reinfo rced by fibers is the difficu lty in ach ieving com p lete infiltrati on 1T h is is due to “ bo ttle 2 neck ” effects in w h ich the CVD m atrix clo ses off s m all po res , w h ich in tu rn b lock s access to larg 2 er po res 1To th is end a new m ethod , po siti on con tro l CVD (PCCVD , to overcom e the difficu lty above m en ti oned is p resen ted 1B y m ean s of con tro lling the reach ing po siti on of react gases and the heating po siti on in m atrix , the clo se po res in the m atrix den sified by PCCVD techn ique have no t com e in to being from start to fin ish 1T here are on ly a few , if any , po res in m atrix and the den sity of C Si C com po sites m anufactu red by PCCVD techn ique can ach ieve 96%of theo retical den sity 1 Keywords carbon fibers reinfo rced ceram ic m atrix com po sites 1引言 发展更高效率热机的关键在于提高工作温度 , 而提高工作温度之关键又取决于更高工作温度材料的研制。镍、钴基高温合金已发展到接近其使用温度的极限 , 因此要进一步提高发动机的效率 , 就必须研制和发展陶瓷基复合材料。连续纤维增强陶瓷基复合材料 (CFCC 是最有希望满足发动机高温部件要求的
文章编号:1002-2082(2008)01-0076-05 金属陶瓷复合涂层的激光熔覆与无裂纹的实现 周圣丰,曾晓雁,胡乾午 (华中科技大学光电子科学与工程学院武汉光电国家实验室激光科学与技术研究部,湖北武汉430074) 摘 要: 鉴于传统的激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术主要存在2方面不足:其一,熔覆效率低,导致大面积熔覆时成本昂贵;其二,由于激光熔覆本身的特点,即快速加热与快速凝固,在激光熔覆过程中,热应力极易诱导熔覆层开裂。基于此,综述了国内外激光熔覆金属陶瓷复合涂层的研究进展,指出其存在的主要问题,并提出了激光感应复合快速熔覆的新方法,即感应预热基材的同时快速激光熔覆。该方法不仅可使熔覆效率大大提高而且获得了无裂纹的金属陶瓷复合涂层。关键词: 金属陶瓷;复合涂层;激光感应复合快速熔覆 中图分类号: T N 249 文献标志码: A Realization of laser cladding and crack -free ceramic -metal composite coatings ZHOU Sheng -feng ,ZENG Xiao -y an ,HU Qia n -w u (Wuhan Na tio na l Labo rato ry for Opto electr onics ,Schoo l o f O pto elec tro nics Science and Engineering ,Huazho ng U niv er sity o f Science a nd Technolog y ,W uhan 430074,China ) Abstract :The conv entiona l technique fo r the laser cladding ceramic -metal composite coa ting m ainly has two disadv antages .Firstly ,the efficiency of its pow der depositio n is lo w and it limits the cladding rate,makes the process ra ther ex pensive for cladding o n la rg e areas.Seco ndly,due to some inherent characteristics in laser cladding technique,such as rapid heating and rapid solidification ,the residual stress induced during laser cladding co uld lead to the crack forma tio n in the composite coatings.The status quo of the dom estic and foreig n research o n laser cladding ceramic-m etal composite coa ting technique is review ed.The existing pro blem s are pointed o ut a nd a new solutio n fo r laser inductio n hy brid rapid cladding (LIHRC )is put forw ard ,w hich preheats the substrate before the la ser cladding .The efficiency of this new solutio n is higher than that o f the conv entional laser cladding and crack-free ceramic-metal com po site coating s prepa red by LIHRC. Key words :ceramic -metal ;com posite coa ting ;laser induction hybrid rapid cladding (LIHRC ) 引言 对关键机械零配件表面进行修复,虽然传统方法如堆焊和热喷涂等的效率高,涂层厚度均匀且与基材接合牢固,但由于受热过程缓慢,导致稀释率与热影响区大,陶瓷相烧损严重,而且只适合在平整表面进行熔涂。而激光熔覆技术具有能量密度 高、热变形与热影响区小、稀释率低、激光加工位置可以精确定位等优点,正成为汽车、冶金、交通等领域的关键技术,具有广阔的应用前景 [1-3] 。但由于激 光熔覆自身的特点即快速加热与快速冷却凝固,在材料表面极易形成裂纹,这已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用难以逾越的障碍之一。为解决熔覆层 收稿日期:2007-08-20; 修回日期:2007-09-22 作者简介:周圣丰(1977-),男,湖北天门人,博士研究生,主要从事材料加工、表面激光强化与改性的研究工作。 E -mail :zho usf 1228 @https://www.doczj.com/doc/f610166988.html, 第29卷第1期2008年1月 应用光学Jour nal of Applied O ptics V o l.29N o.1 J a n.2008
金属/陶瓷复合材料润湿性的研究 摘要：研究金属对陶瓷的润湿性对开发新型金属/陶瓷体系，探寻和发展材料的制备技术有重大的意义。制备高性能金属/陶瓷复合材料有着重要的现实意义。本文从陶瓷/金属的润湿现象、机理及其分类出发，介绍了润湿性研究的实验研究方法，并探讨改善润湿性的途径。 关键词：金属／陶瓷复合材料；润湿性；接触角；粘附功 一．润湿现象 润湿是固体表面的气体被液体取代的过程。在复合材料的制备过程中，只要涉及液相与固相的相互作用，必然就有液相与固相的润湿问题。在制备金属基复合材料时，液态金属对增强材料的润湿性如何直接影响到界面黏结强度。润湿性表示液体在固体表面上的铺展程度。优良的润湿性意味着液体在固体表面上铺展开来覆盖整个增强材料的表面。按热力学的条件，只有体系自由能减少时，液体才能铺展开来，即 因此，铺展系数SC[1]被定义为 当铺展系数SC>0时，才会润湿，根据力学平衡，可得： 式中，θ为接触角。 由θ可以知道润湿程度。θ=0°时，金属熔液会在基体上完全的铺展开；θ=180°时，熔滴呈圆球状，只与基体表面形成点接触，称其为完全不润湿；0°90°时则称为不润湿，液相对固体的粘着性较差。对于一个特定的系统，接触角θ会随温度、保温时间、吸附气体等而变化。润湿过程可按顺序分为沾湿、浸湿、铺展三个阶段。对于一个固定的系统，沾湿过程的铺展力最大，最容易进行，属于最低层次的润湿；铺展过程的铺展力最小，属于最高层次的润湿。润湿性好的液体将尽力覆盖更多的固-气界面，直至完全平铺固体表面，润湿性差的液体的润湿过程将终止于较大的平衡接触角。金属/陶瓷的润湿性对金属基复合材料的生产有重要的意义。
陶瓷涂层技术知识 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成，并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多；按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等，按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等；按其性能与用途可分为温控涂层（包括温控、隔热、红外辐射涂层等）、耐热涂层（包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等）、摩擦涂层（包括减磨、耐磨润滑涂层）、电性能涂层（包括导电、绝缘涂层等）、特种性能涂层（包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等）及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1．喷涂法（等离子喷涂法） 2．化学气相沉积法（CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体的某些成分分解，并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3．物理气相沉积法（PVD）：离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等，离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显，两者相互渗透，CVD技术引入等离子活化等物理过程，出现了PACVD技术，PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4．复合镀层 5．溶胶-凝胶法 6．原位反应法 三、应用 航天航空工业：航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业：增加介电常数 汽车工业：为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层，这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁，可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用：硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具，陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍，多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍， 冶金和机械工业：金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行，防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧，往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用：改善人体与金属的生物相容性。 石油化工：防腐 陶瓷、玻璃生产：增加强度和寿命 食品包装：耐热、高阻隔、透明度 四、发展方向 1．发展新涂层：研究解决陶瓷涂层与金属基体的热膨胀系数匹配问题，从而提高涂层与金属的结合力。 2．发展新工艺：简便、成本低、生产效率高以及产生无缺陷涂层的工艺 3．无损探伤方法，韧性、粘结强度等。 五、金属陶瓷镀膜技术在车用内燃机上的应用 为降低内燃机活塞环与气缸套表面的摩擦因数，提高发动机的机械效率，进而提高内燃机的性能，在内燃机活塞环上应用了金属陶瓷镀膜技术。采用此项技术后，发动机成本仅增加3%-5%，而整机动力性和经济性得到了明显改善，实用价值很高。
金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展* 马红玉，张嗣伟 石油大学(北京) 机电工程学院，北京 102200 Email:mahongyu77@https://www.doczj.com/doc/f610166988.html, 摘 要：在简要回顾表面涂层技术发展历程的基础上，对金属基复合材料涂层的减摩抗磨性能和制动摩擦性能以及涂层的摩擦磨损机理和影响涂层摩擦磨损性能的若干因素的研究现状进行了综述，并指出了今后在金属基复合材料涂层摩擦学方面值得进一步研究的一些问题。 关键词：金属基复合材料涂层，减摩抗磨，制动摩擦，涂层摩擦学 1.前言 金属基复合材料涂层具有耐高温、耐磨损、导电导热性好、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等优良特性，而其优异的摩擦学性能更使它在摩擦学领域倍受青睐，因此，有关金属基复合材料涂层的摩擦磨损性能的研究方兴未艾。本文仅就金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展作一综述。 2.表面涂层技术的发展历程 Subramanian等根据涂层的发展历程把涂层技术分为3代：第一代涂层指传统的单组分涂层，即运用单一表面工程技术制备的单组分单层涂层。如TiN涂层，已广泛应用于刀具、模具、量具及轴承；第二代指二元复合涂层，如Ti-C-N、Ti-B-N、Ti-Al-N，已初步应用于某些耐磨部件上；第三代指新近出现的多层涂层及多组元复合涂层，即运用一种或多种表面工程技术将具有不同性能的材料组合到同一体系中以得到单一材料无法具备的新的性能,因而成为目前涂层中极具应用潜力的研究对象[1,2]。 3.金属基复合材料涂层减摩抗磨性能的研究现状 3.1单一涂层 单一涂层是指传统的单组分单层涂层，主要包括金属涂层、金属化合物涂层、陶瓷涂层等。金属涂层中，采用各种金属离子注入的方法，可提高注入金属表面的硬度，降低表面的摩擦系数，提高表面抗磨损性能，如H13钢表面注入Ti离子[3]。另外，如镀铬层，它具有耐磨、减摩、耐热、耐腐蚀、摩擦系数低、防咬合等特点，能改善模具表面性能，提高模具寿命[4]。陶瓷涂层中最典型的代表是TiN涂层，研究表明[5-7]，TiN涂层与基材结合良好，与基体相比，其力学性能优异，摩擦系数小，耐磨性好，已广泛应用于各领域，特别是工模具方面。其它陶瓷涂层如Al2O3涂层、Cr2O3涂层等也都具有良好的减摩抗磨性能[8]。金属化合物*本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号：20020425005)资助 - 1 -
金属陶瓷复合材料 何洋 ( 材料科学与工程一班 200911102016 ) 摘要本文从复合材料入手介绍Al/Al2O3陶瓷基复合材料，定向金属氧化法制备Al/Al2O3陶瓷基复合材料，Al/Al2O3陶瓷基复合材料的低温烧结，金属陶瓷材料的应用以及研究现状、前景。 Abstract The article introduces composite material of Al/Al2O3 ceramic matrix composites， directional metal oxidation method for Al/Al2O3 ceramic matrix composites， Al/Al2O3ceramic matrix composites， low temperature sintering， metal，ceramic materials application and research status， prospects。 关键词复合材料；Al/Al2O3 ；定向金属氧化法；低温烧结；应用；前景 Key words composite materials； Al/Al2O3； directed metal oxidation； low temperature sintering； application； prospects 复合材料(Composite materials) 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 氧化铝(Al2O3 ) 陶瓷 先进陶瓷材料中应用最广泛的是素有“陶瓷王”之称的Al2O3陶瓷。氧化铝陶瓷原料分布广、产品性能优良、价格低。由于具有耐高温、硬度大、强度高、
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910287965.6 (22)申请日 2019.04.11 (71)申请人 新余学院 地址 338000 江西省新余市高新区阳光大 道2666号 (72)发明人 陈枭 李承娣 徐顺建 张小伟 简辉华 胡瑶 (74)专利代理机构 西安合创非凡知识产权代理 事务所(普通合伙) 61248 代理人 高志永 (51)Int.Cl. C23C 24/04(2006.01) C23C 26/00(2006.01) C23C 28/00(2006.01) C22C 29/08(2006.01) (54)发明名称 一种双相碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸 收复合涂层的制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种双相碳化物金属陶瓷太 阳能选择性吸收复合涂层的制备方法，基于双相 碳化物WC和Cr 3C 2的特点以及纳米晶粒尺寸效 应，通过冷喷涂技术实现喷涂粉末的相结构和成 分移植，达到更好地提高涂层的光学吸收性和高 温热稳定性，同时在所制备的WC/Cr 3C 2-Co和WC/ Cr 3C 2-Ni金属陶瓷涂层表面采用溶胶-凝胶法沉 积获得Al 2O 3减反层形成复合涂层，最终获得光 学吸收性能及高温热稳定性优良的复合涂层。本 发明可实现纳米结构成分移植，通过有效的塑性 变形，有利于控制粒子间结合，提高层间结合；同 时，所制备的涂层光学吸收性和高温热稳定性良 好，工艺操作简单、成本较低，特别适用于工业应 用推广。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 109825829 A 2019.05.31 C N 109825829 A
·8· 材料导报网刊 2009年12月第4卷第4期 *973计划前期研究专项(2008CB617613) 付鹏：男，1981年生，硕士生，从事复合材料研究 金属基陶瓷复合材料制备技术研究进展与应用* 付 鹏，郝旭暖，高亚红，谷玉丹，陈焕铭 （宁夏大学物理电气信息工程学院，银川 750021） 摘要 综述了国内外在金属基陶瓷复合材料制备技术方面的最新研究进展与应用现状，展望了国内金属基陶瓷复合材料的未来发展。 关键词 金属基陶瓷复合材料 制备技术 应用 Development and Future Applications of Metal Matrix Composites Fabrication Technique FU Peng , HAO Xunuan, GAO Yahong, GU Y udan, CHEN Huanming (School of Physics & Electrical Information Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021) Abstract Recent development and future applications of metal matrix composites fabrication technique are reviewed and some prospects of the development in metal matrix composites at home are put forward. Key words metal-based ceramic composites, fabrication technique, applications 0 引言 现代高技术的发展对材料性能的要求日益提高，单一材料已很难满足对性能的综合要求，材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。陶瓷的高强度、高硬度、高弹性模量以及热化学性稳定等优异性能是其主要特点，但陶瓷所固有的脆性限制着其应用范围及使用可靠性[1—3]。因此，改善陶瓷的室温韧性与断裂韧性，提高其在实际应用中的可靠性一直是现代陶瓷研究的热点。与陶瓷基复合材料相比，通常金属基复合材料兼有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能，应用范围更广，诸如摩擦磨损类材料、航空航天结构件、耐高温结构件、汽车构件、抗弹防护材料等。 1 金属基陶瓷复合材料的制备 金属基陶瓷复合材料是20世纪60年代末发展起来的，目前金属基陶瓷复合材料按增强体的形式可分为非连续体增强（如颗粒增强、短纤维与晶须增强）、连续纤维增强(如石墨纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等)[4—6]。实际制备过程中除了要考虑基体金属与增强体陶瓷之间的物性参数匹配之外，液态金属与陶瓷间的浸润性能则往往限制了金属基陶瓷复合材料的品种。目前，金属基陶瓷复合材料的制备方法主要有以下几种。 1.1 粉末冶金法 粉末冶金法制备金属基陶瓷复合材料即把陶瓷增强体粉末与金属粉末充分混合均匀后进行冷压烧结、热压烧结或者热等静压，对于一些易于氧化的金属，烧结时通入惰性保护气体进行气氛烧结。颗粒增强、短纤维及晶须增强的金属基陶瓷复合材料通常采用此种方法，其主要优点是可以通过控制粉末颗粒的尺寸来实现相应的力学性能，而且，粉末冶金法制造机械零件是一种净终成型工艺，可以大量减少机加工量，节约原材料，但粉末冶金法的生产成本并不比熔炼法低[7]。 1.2 熔体搅拌法 熔体搅拌法是将制备好的陶瓷增强体颗粒或晶须逐步混合入机械或电磁搅拌的液态或半固态金属熔体中冷却形成坯锭的过程，制备过程对设备的要求较低，生产制备工艺相对简单。由于伴随搅拌过程，材料中容易形成气孔和夹杂而影响产品的质量，同时基体和增强体之间的密度差往往造成增强体分布不均匀的现象。熔体搅拌法制备的工件通常需要进一步的热处理和二次机加工来达到使用性能的要求[8]。 1.3 金属陶瓷共沉积法 在喷射沉积制备金属材料的基础上发展的金属陶瓷共沉积法是将液态金属通过氩气等惰性气体雾化成金属液滴，金属液滴在喷射途中与增强体陶瓷颗粒碰撞会合，共同沉积于水冷衬底上复合形成金属基陶瓷复合材料。由于金属液滴尺寸小，凝固冷却速率快，无宏观偏析等快速凝固材料的优越特性，抑制了界面的高温反应，材料微观组织均匀性高，但金属陶瓷共沉积法工艺优化条件复杂，容易出现不够密实的组织疏松等冶金缺陷[9,10]。 1.4 叠层复合法 叠层式金属基复合材料是先将不同金属板用扩散方法结合，然后用离子溅射或分子束外延将金属层/陶瓷层叠合成复合材料。这种复合材料性能好，已经少量应用于航空航天及军用设备上，如航天飞机中部的货舱桁架、卫星上的天线结构件、波导管、运输机货舱地板等，但叠层复合法工艺复杂，材料有明显的各向异性[11—13]。