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高性能陶瓷涂层的分类

高性能陶瓷涂层种类繁多，按其功能特性不同，大致可分为耐磨陶瓷涂层、耐蚀陶瓷涂层和热障陶瓷涂层三大类。每一类陶瓷涂层都各具特点，因此了解其特性将对相关研究和应用起到很好的指导作用。

高性能陶瓷涂层的分类

耐磨陶瓷涂层主要包括一些氧化物、碳化物、硅化物、氮化物及硼化物，其代表有Al₂O₃、WC、MoSi₂、AlN、ZrB₂等。耐磨陶瓷涂层的最大特点是化学性质稳定，并且具有较高的硬度、较好的抗高温氧化性和优异的耐磨损性能，目前主要应用于刀具、硬质工具、耐磨耐蚀部件等。

耐蚀陶瓷涂层用于保护基体零件不受各种环境腐蚀，例如海上装备的海洋环境、刀具的切削液环境、镀锌沉没辊的熔融锌液环境等。耐蚀陶瓷涂层没有特定的种类，大多数耐磨陶瓷涂层也具较好的耐腐蚀性能。

热障陶瓷涂层是由金属粘结底层和陶瓷隔热面层组成的涂层系统，其代表有 MCrAlY/ZrO₂-Y₂O₃和MCrAlY/ZrO₂-CeO₂（M指Co、Ni或它们的合金）等，目前主要应用在航空发动机上。

高性能陶瓷涂层的制备工艺在很大程度上决定了其性能，陶瓷涂层的制备方法主要分为：湿化学法、气相沉积法、固相沉积法和热喷涂法。其中，热喷涂法约占陶瓷涂层市场份额的50%以上。

热喷涂高性能陶瓷涂层的应用前景

陶瓷热喷涂是指以陶瓷为喷涂材料的热喷涂方法，是在金属材料热喷涂的基础上发展起来的，由于陶瓷涂层具有许多金属材料无法比拟的优异性能，所以发展迅速，在许多领域发挥了越来越重要的作用。

航空工业

热障涂层作为现代航空发动机的关键技术之一，航空发动机的热端部件如火焰筒、加力燃烧室、涡轮叶片等通常采用等离子喷涂的Al₂O₃、ZrO₂或多层金属陶瓷复合涂层。而更精尖的宇航工业中零部件对材料的要求更加苛刻，性能稳定可靠、重量轻、高性能的陶瓷涂层应用在液体火箭发动机的推力室，短时间固体火箭发动机的尾喷管有效的解决了高温冲刷和隔热问题。

电力工业

火力发电站中煤粉机锅炉的送风机和引风机叶片采用等离子喷涂WC/Co金属陶瓷涂层，可降低风机叶片在高速粉尘环境下的磨损。同原来未加涂层的叶片的产品相比使用寿命提高了4倍以上。大型水利枢纽工程的液压启闭机中的活塞杆，既要承受启闭闸门时重载下往复滑动的磨损，还要耐超时水汽的腐蚀。传统的镀铬活塞杆使用一段时间后出现漏油，甚至卡死现象，直接影响到闸门的启闭和定位。

石油化工业

等离子涂层的陶瓷涂层柱塞的应用实例很多，通常选用Cr₂O₃，Al₂O₃或Al₂O_3-TiO₂陶瓷涂层。如石油勘探中的泥浆泵柱塞，化纤生产的C型泵及二氧化碳泵柱塞等。为了防止被输送的液体介质的泄露，机械动密封环和轴套采用喷涂陶瓷的零件，在端面密封方面已广泛应用于石油、化纤、化肥生产中。

球阀是用于输送高温高压并含有固体颗粒和腐蚀性浆料的关键部件之一。对于密封性要求相当严格，采用等离子喷涂Cr₂O₃或HVOF喷涂WC/Co涂层有效地解决了这个难题，其使用寿命提高约10倍。

冶金工业

钢板连续退火炉的托辊，采用等离子喷涂Al₂O₃+25% ZrO₂复合涂层，比原高温合金和石墨辊的使用寿命提高6~8倍。热浸镀锌用的沉没辊采用HVOF喷涂金属陶瓷涂层，具有优异的耐熔融锌的腐蚀和良好的耐磨性，这种新型的沉没辊使用寿命达一个月，比原用的沉没辊的寿命提高2倍以上。热浸镀铝用的沉没辊曾是热浸镀铝的技术关键，采用等离子喷涂尖晶石涂层，用水玻璃封孔处理，使用寿命显著提高，可使用15天以上。

轻工业

为了克服纱线和化纤对纺机零件的磨损，轻纺工业中大量零部件采用陶瓷涂层如：罗拉、槽辊、摩擦片等。通常采用等离子喷涂Al₂O₃-TiO₂或Cr₂O₃涂层。

印刷、包装行业

在印刷行业中的墨斗辊、胶印辊，采用等离子喷涂Cr₂O₃陶瓷涂层，铸铁印刷辊采用Al₂O₃-TiO₂涂层，聚乙烯等塑料薄膜印刷用的电晕辊采用等离子喷涂Al₂O₃涂层作为绝缘涂层，在包装行业中的瓦楞辊采用等离子喷涂Cr₂O₃陶瓷涂层。

小结

从陶瓷涂层来说，其力学性能和与基体的结合强度仍是问题的关键点；从制备工艺来说，发展简便、高效率、高质量、低成本、环境友好的方法是需要努力的方向。热喷涂陶瓷涂层有独特的摩擦学特征，还具有喷涂效率高，成本低，操作程序少，施工灵活等优势，这使热喷涂成为降低磨损最常用也是首选的方式。

来源：

张继豪等：高性能陶瓷涂层及其制备工艺发展趋势

李桂林：陶瓷涂层材料及其应用