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陶瓷、玻璃表面金属化及其性能研究

作　者: 李朋
导　师: 李秉忠
学　校: 机械科学研究总院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 电弧喷涂火焰喷涂涡流效应磁致热效应功能涂层陶瓷表面金属化
分类号: TQ174.64
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着功能陶瓷技术的不断发展,对陶瓷材料的表面改性提出了越来越苛刻的要求,其中陶瓷表面金属化成为制备性能优异的功能陶瓷关键技术之一。目前在陶瓷、玻璃表面通过制备金属涂层来达到陶瓷材料的表面改性以化学镀、真空镀为主,但是化学镀沉积效率低、涂层结合强度不高;真空镀需要一个真空室以及其它辅助设备,沉积效率低,工件尺寸有一定局限。利用热喷涂技术来解决陶瓷表面金属化问题不失为一种有效的方法,它具有涂层沉积效率高、涂层成分均匀、对工件尺寸没有严格要求、工艺简单等特点。本文在充分认识热喷涂工艺特点以及热喷涂涂层形成机理的基础上,探索采用热喷涂技术在玻璃、陶瓷表面制备金属涂层来达到对玻璃陶瓷表面改性的可行性,并对涂层的磁致热性能进行一些相关研究。本文针对陶瓷、玻璃材料表面形貌织构以及质硬、易脆裂等特点,采用了一种有别于传统喷砂表面预处理的工艺手段,首先对陶瓷、玻璃材料表面采用化学溶剂清洗、活化,然后再将陶瓷、玻璃加热到一定温度进行喷涂,详细研究了不同的加热温度对金属涂层与陶瓷、玻璃基体材料之间的结合强度的影响规律,并同用传统喷砂预处理工艺所获得的涂层结合强度进行了比解。结果发现,采用加热方式所获得的涂层结合强度,较传统的喷砂预处理工艺方法有了极大的改善,不同的加热温度对金属涂层和基体材料之间的结合强度也有着显著的影响。利用环境扫描电镜（ESEM）和X射线衍射分析（XRD）技术对金属涂层的结合机制进行了深入的研究,涂层断面进行的ESEM结果发现,采用合适温度进行预处理后所获得的金属涂层与玻璃基体材料之间存在局部相互熔合的相区,采用XRD对熔合相区进行分析,这些熔合相区是Al₂SiO₅复合氧化物,证明了在适当的条件下,金属涂层与玻璃陶瓷基体材料之间发生了场扩散,它是导致涂层结合力大幅度提高的重要原因,丰富和发展了传统的热喷涂涂层的结合理论。进一步的研究发现,熔合相Al₂SiO₅复合氧化物随着预处理温度的升高,它有长大的趋势,导致涂层与玻璃之间的结合强度降低。同电弧喷涂工艺比较,火焰喷涂对玻璃有个持续加热的作用,促进了Al₂SiO₅复合氧化物的生长,降低了涂层的结合强度,电弧喷涂工艺涂层的结合强度高于火焰喷涂工艺。本文提出的有别于传统喷砂预处理工艺,采用化学溶剂清洗、活化、加热预处理,为实现陶瓷和玻璃表面金属化涂层的制备奠定基础。在上述研究的基础上,本文分别在陶瓷和玻璃基体材料的表面成功地制备了具有良好磁致热效应的复合金属涂层,设计了磁性复合涂层体系,定义复合涂层中每个涂层的功能,研究了导磁层、面饰层对磁致热的影响。结果发现导磁层对复合涂层体系磁致热影响最大,不同的磁性材料对磁致热差别比较大,通过振动样品磁强计分析,涂层体系的磁滞损耗都比较小,HO8低碳钢与2Cr13不锈钢在高频磁场中磁导率的差异导致两种涂层体系之间的磁致热转换效率的不同,面饰层材料对整个涂层体系的磁致热影响有限,Al的电阻率比Zn要小,导致以铝为面层的涂层体系电阻率小,因此,以铝为面层的涂层体系的涡流效应大,磁致热转换效率大。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-25
  1.1 引言  12-14
  1.2 陶瓷表面金属化国内外发展现状  14-17
  1.3 玻璃表面金属化国内外发展现状  17-19
  1.4 陶瓷、玻璃表面金属化热喷涂技术的现状  19-22
  1.5 选题背景、意义、主要研究内容  22-25
    1.5.1 选题背景、意义  22-23
    1.5.2 主要研究内容  23-25
第二章陶瓷表面金属化涂层的研究  25-37
  2.1 陶瓷表面制备粘结底层的研究  25-30
    2.1.1 粘结底层材料的选择  25-28
    2.1.2 冷热循环试验  28-30
  2.2 预处理工艺对涂层结合强度的影响  30-34
    2.2.1 试验方法  30-31
    2.2.2 试验内容  31-32
    2.2.3 试验结果  32-33
    2.2.4 结果分析  33-34
  2.3 喷涂工艺对涂层结合强度的影响  34-37
    2.3.1 试验方法  34
    2.3.2 试验内容  34
    2.3.3 试验结果  34-35
    2.3.4 结果分析  35-37
第三章陶瓷表面金属化涂层磁致热效应规律的探讨  37-42
  3.1 涂层体系的设计  37
  3.2 导磁层对磁致热效应的影响  37-39
    3.2.1 试验方法  37-38
    3.2.2 试验内容  38
    3.2.3 试验结果  38-39
    3.2.4 结果分析  39
  3.3 面饰层材料对磁致热的影响  39-41
    3.3.1 试验方法  40
    3.3.2 试验内容  40
    3.3.3 试验结果  40-41
    3.3.4 结果分析  41
  本章小结  41-42
第四章玻璃表面金属化涂层的研究  42-51
  4.1 玻璃表面制备粘结底层的研究  42-44
    4.1.1 粘结底层材料的选择  42-43
    4.1.2 冷热循环试验  43-44
  4.2 预处理工艺对涂层结合强度的影响  44-48
    4.2.1 试验方法  44-45
    4.2.2 试验内容  45
    4.2.3 试验结果  45-47
    4.2.4 结果分析  47-48
  4.3 喷涂工艺及预处理温度对涂层结合强度的影响  48-50
    4.3.1 试验方法  48
    4.3.2 试验内容  48-49
    4.3.3 试验结果  49
    4.3.4 结果分析  49-50
  本章小结  50-51
第五章玻璃表面金属化涂层磁致热效应的探讨  51-57
  5.1 磁性功能涂层体系的设计  51-52
  5.2 导磁材料对磁致热效应的影响  52-55
    5.2.1 试验方法  52
    5.2.2 试验内容  52-53
    5.2.3 试验结果  53-54
    5.2.4 结果分析  54-55
  5.3 面饰层材料对磁致热效应的影响  55-56
    5.3.1 试验方法  55
    5.3.2 试验内容  55
    5.3.3 试验结果  55-56
    5.3.4 结果分析  56
  本章小结  56-57
第六章总结与展望  57-59
  6.1 全文总结  57
  6.2 研究展望  57-59
参考文献  59-63
附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文  63-64
附录2 攻读硕士学位期间发表的专利  64-65
致谢  65

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