[发明专利]一种多孔陶瓷表面高韧性陶瓷涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔陶瓷表面高韧性陶瓷涂层的制备方法，该方法特征是通过原位生成纳米线与反应熔渗相结合的方法，在多孔陶瓷表面制备纳米线增韧的陶瓷涂层。即：首先，采用涂刷法在多孔陶瓷表层制备一层非晶纳米Si₃N₄粉体。之后，采用CVD法在多孔陶瓷表面原位生成一层陶瓷纳米线。最后，通过反应熔渗，使低共熔温度的陶瓷粉体熔融形成液相渗入到陶瓷纳米线层中，制备出纳米线增韧的陶瓷涂层。这种制备方法不仅能够解决了纳米线不易在涂层中均匀分散的难题，提高了涂层的韧性，而且强化了涂层与基体之间的界面结合。该方法制备的陶瓷涂层较为致密，并具有较高的断裂韧性，提高多孔陶瓷的硬度、强度、抗热冲击能力等性能。

技术领域

本发明属于陶瓷涂层的制备方法技术领域，具体涉及一种在多孔陶瓷基体表面制备高韧性陶瓷涂层的方法。

背景技术

多孔陶瓷具有密度低、良好的综合力学性能、优异的高温稳定性、低的介电常数和介电损耗、良好的隔热性能、可加工等优异的性能，是一种良好的结构功能一体化材料，可以作为隔热材料、透波材料等。但多孔陶瓷的表面和内部均是多孔结构，且孔道多为连通，因此在使用过程中存在几个问题：（1）多孔陶瓷易吸附环境中的水汽，降低了材料的介电性能和隔热性能。（2）多孔结构降低了材料的机械性能。一方面，气孔的存在使材料负载面积减少，减弱了材料的负载能力；另一方面，气孔在材料中相当于缺陷，容易引起应力集中和裂纹萌生，从而导致材料的机械性能降低。因此，多孔陶瓷在某些领域中的应用受到了很大的限制。

针对多孔陶瓷在实际使用时存在的问题，需要在多孔陶瓷表面制备一层致密陶瓷涂层，来隔离环境中的水汽，提高多孔陶瓷的机械性能。目前，现有的涂层材料及其制备方法主要包括以下几个方面：（1）耐热有机树脂涂层。Goto等人通过喷雾法或溶液浸渍法在多孔陶瓷表面涂覆一层耐热有机树脂，如聚醚石风、聚苯醚、聚醚酰亚胺或有机硅树脂等。有机树脂涂层能有效地封住多孔陶瓷表面气孔，隔离了环境中的水汽。但是，有机树脂的使用温度较低，耐热温度一般不能超过300℃。（2）化学气相沉积（CVD）制备 Si₃N₄涂层。美国波音公司的Koetje、以色列的Barta等人采用CVD法在多孔氮化物陶瓷表面制备出致密Si₃N₄涂层。该涂层具有较高的机械强度、良好的耐雨蚀和耐砂蚀能力。在国内，一些研究人员也采用CVD法在多孔氮化物陶瓷表面制备出Si₃N₄涂层，所制备的涂层结构均匀且致密，不仅起到较好的防潮作用，而且明显地提高了多孔氮化物陶瓷的力学性能。但是，由CVD制备的Si₃N₄涂层通常是非晶Si₃N₄相，涂层的韧性和高温稳定性较差，导致涂层的抗热冲击能力较差。（3）无压烧结制备玻璃质涂层。无压烧结制备玻璃质涂层具有工艺简单、操作灵活、适合复杂形状的基体、涂层组织结构可调性强等特点。目前，制备的玻璃质涂层包括：Li₂O-Al₂O₃-SiO₂、α-Si₃N₄/CaO-B₂O₃-SiO₂、α-Si₃N₄/Li₂O-Al₂O₃-SiO₂、α-Si₃N₄/Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂等，结果表明：玻璃质涂层非常致密，能够封住多孔陶瓷表面的气孔，并且具有很好的硬度，但是涂层的韧性较差，导致涂层的抗热冲击能力较差。因此，如何提高涂层的强度、硬度、韧性等力学性能是一种重要的问题。