溶膠-凝膠法制備陶瓷涂層的研究現(xiàn)狀

劉雨薇，農(nóng)智升

(沈陽(yáng)航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

0 前 言

隨著材料制備技術(shù)和工業(yè)化特殊功能應(yīng)用需求的發(fā)展，某些金屬材料在服役過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)磨損、腐蝕、斷裂等失效行為，從而減少材料的服役壽命。例如:不銹鋼材料在服役過(guò)程中容易析出碳化物，在某些環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，高溫抗氧化性較差，影響高溫環(huán)境下的應(yīng)用；在電力生產(chǎn)中，機(jī)械設(shè)備和金屬管道會(huì)處于高溫、易磨損、易腐蝕的環(huán)境中；刀具在切削時(shí)由于機(jī)械作用和熱化學(xué)作用會(huì)發(fā)生磨損；薄片類(lèi)的機(jī)械元件在熱處理時(shí)會(huì)出現(xiàn)彎曲、變形行為等。若要避免材料失效行為的發(fā)生，這就需要所選用的金屬材料既要具備良好的力學(xué)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等基本性能，又要具備耐熱、高硬度、耐磨和耐蝕等其他服役功能特性，但是由于單一的金屬材料使用受限，采用多成分稀有合金或貴金屬材料整體材料成本昂貴及制造工藝復(fù)雜，性價(jià)比不高，因此開(kāi)發(fā)出一種具有高性價(jià)比、易于操作的表面改性多功能涂層技術(shù)刻不容緩。

陶瓷涂層是指涂覆在金屬表面上的耐熱、耐磨、耐腐蝕的無(wú)機(jī)保護(hù)層或表面覆蓋層的總稱，在不改變基材的化學(xué)組成和形貌結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使其具有耐磨、減摩、耐腐蝕等功能特性。在金屬基體表面涂覆陶瓷涂層，尤其是在較高的服役環(huán)境要求下，當(dāng)陶瓷涂層和金屬基材不能有效單獨(dú)應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域時(shí)，復(fù)合陶瓷涂層可以更好地發(fā)揮作用，更好地在工業(yè)化生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用。

為獲取優(yōu)良性能的金屬陶瓷，研究人員一直在開(kāi)展試驗(yàn)研究。在金屬表面制備陶瓷涂層的常用方法有激光重熔技術(shù)、熱等靜壓技術(shù)、熱噴涂技術(shù)等，這幾種制備陶瓷涂層的方法不僅所需成本較高，而且由于其需要快速熔融后凝固的過(guò)程，涂層會(huì)出現(xiàn)較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，涂層和基體之間存在孔隙，致密性差，涂覆涂層后的基體會(huì)出現(xiàn)孔洞、裂紋甚至開(kāi)裂傾向[1]。溶膠-凝膠法制備金屬陶瓷，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、材料微觀宏觀結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)點(diǎn)，向溶膠中加入陶瓷骨料并結(jié)合耐熱膠粘劑制備出的陶瓷涂層可以減少溶劑的體積分?jǐn)?shù)，降低凝膠后的膜層在干燥、固化時(shí)的開(kāi)裂傾向。利用溶膠-凝膠技術(shù)制備的金屬陶瓷能達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的需要，在化工、刀具、炊具、航天、航空等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 溶膠-凝膠法制備陶瓷涂層的研究現(xiàn)狀

溶膠-凝膠法是一種化學(xué)溶液制備涂層的方法，可以控制材料的組成、成型和微觀結(jié)構(gòu)。通過(guò)溶膠-凝膠法制備的陶瓷涂層的性能取決于陶瓷骨料、膠粘劑、固化劑、功能性添加劑的共同作用，陶瓷骨料的類(lèi)型及摻入量對(duì)陶瓷涂層的應(yīng)用有很大的影響:骨料的摻雜量高時(shí)，膠粘劑、固化劑不能充分粘結(jié)，容易在摩擦?xí)r損壞涂層；骨料的摻雜少、以膠黏材料為主時(shí)涂層的硬度較低，力學(xué)性能不好。常見(jiàn)的骨料包括Al2O3、ZrO2等；膠粘劑與金屬氧化物之間的化學(xué)反應(yīng)是溶膠-凝膠工藝中的重要化學(xué)反應(yīng)，無(wú)機(jī)膠粘劑因其耐溫性良好、粘結(jié)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，如磷酸二氫鋁，耐高溫，抗震性、絕緣性好；固化劑通過(guò)促進(jìn)骨料與膠粘劑反應(yīng)從而降低固化溫度、時(shí)間，提高涂層的固化反應(yīng)能力。固化劑的含量較高時(shí)，涂層的固化速率加快，影響骨料和膠粘劑的正常反應(yīng)；固化劑的含量較低時(shí)，會(huì)延長(zhǎng)固化時(shí)間、影響涂層硬度。常見(jiàn)的固化劑有MgO、CaO 等。在涂層中加入添加劑可以保證涂層的耐磨、疏水、疏油、流平、美觀。加入分散劑可以使組元成分分散均勻，涂層擁有良好的致密性；加入石墨烯、碳纖維、碳納米管等功能性添加材料可以提高涂層的耐蝕性、耐磨性和導(dǎo)電性。

溶膠-凝膠法的反應(yīng)原理是將各組元的醇鹽及金屬有機(jī)物作為溶質(zhì)溶解在溶劑中生成復(fù)醇鹽，采用合適的環(huán)境條件在水和催化劑的作用下使其水解生成溶膠，溶膠聚合生成凝膠，將凝膠涂覆在基體表面，干燥、燒結(jié)后生成陶瓷涂層[2]。

近年來(lái)，利用溶膠-凝膠法可以在不同的金屬表面制備出氧化鋁陶瓷涂層、氧化鋯陶瓷涂層、氧化硅陶瓷涂層、氧化鈦陶瓷涂層及雙組分陶瓷涂層。

1.1 氧化鋁陶瓷涂層

氧化鋁(Al2O3)由于原子排列順序不同，主要分為α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3等幾種晶型，是一種密度為3.5 g/cm3、莫氏硬度8.8、熔點(diǎn)為2 054 ℃、沸點(diǎn)為2 980 ℃的白色無(wú)定形粉狀物，是制備高溫抗氧化涂層的首選材料，應(yīng)用在各種陶瓷、集成電路芯片等方面[3]。

Gkb 等[4]采用溶膠-凝膠法以改進(jìn)異丙醇鋁為前驅(qū)體按照C9H21AlO3∶C2H6O ＝1 ∶100 在陽(yáng)極氧化后的鋁合金表面制備Al2O3陶瓷涂層。將前驅(qū)體混合物在室溫下攪拌2 d 得到透明溶膠，將陽(yáng)極氧化后的鋁合金作為樣品，均勻分散后在基體上涂覆涂層，在120 ℃下干燥、燒結(jié)2 h 得到所需陶瓷涂層。

劉富等[5]采用溶膠-凝膠法在304 不銹鋼表面以異丙醇鋁為前驅(qū)體按照C9H21AlO3∶C2H6O ∶H2O ＝1 ∶1 ∶100制備Al2O3涂層。將前驅(qū)體混合物在70 ℃下加熱攪拌40 min，均勻地在基體上涂覆一層Al2O3涂層，在80 ℃電阻爐中干燥，600 ℃燒結(jié)30 min 后重復(fù)2次得到Al2O3陶瓷膜。耐腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，與基體相比:在3.5%的NaCl 溶液中浸泡7 d 后，基體樣品失重減少30%；在3.5%NaCl 溶液中70 h 的涂層樣品的自腐蝕電位升高、自腐蝕電流密度降低1 個(gè)數(shù)量級(jí)，因此Al2O3陶瓷涂層具有優(yōu)異的耐蝕性。

表1 耐腐蝕試驗(yàn)結(jié)果[5]Table 1 Corrosion resistance test results[5]

Grishina 等[6]采用溶膠-凝膠法以異丙醇鋁為前驅(qū)體在低碳鋼表面制備大小為1 cm×3 cm 的陶瓷涂層。將前驅(qū)體混合物在85～90 ℃下加熱攪拌，將基體浸入溶膠中后快速提取樣品，在氨氣氣氛中干燥，500 ℃燒結(jié)1 h 隨爐冷卻，重復(fù)2 次得到Al2O3陶瓷涂層。在3.5%NaCl 溶液中的電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 電化學(xué)測(cè)試結(jié)果[6]Table 2 Electrochemical test results[6]

與未受保護(hù)的金屬相比，電化學(xué)試驗(yàn)最后的自腐蝕電位向正方向移動(dòng)超過(guò)600 mV，自腐蝕電流密度降低了3～4 個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明Al2O3涂層在低碳鋼表面形成了保護(hù)膜，腐蝕介質(zhì)在進(jìn)入基體時(shí)受到了阻礙，從而極大地降低了基體被侵蝕的危險(xiǎn)。

Tlili 等[7]采用溶膠-凝膠法，以異丙醇鋁為前驅(qū)體在拋光后的304 不銹鋼基體上制備Al2O3陶瓷膜。將前驅(qū)體混合物在85 ℃下加熱攪拌24 h 并引入20%的氧化鋁粉末，均勻分散后在基體上涂覆涂層，干燥燒結(jié)后重復(fù)2 次得到Al2O3陶瓷膜。用顯微維氏壓痕法測(cè)定涂層的顯微硬度，結(jié)果涂覆涂層后顯微硬度提高了355 HV0.25N。

1.2 氧化鋯陶瓷涂層

純氧化鋯(ZrO2)在低溫下為單斜相，溫度在1 100℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，? 370 ℃時(shí)四方相和立方相間可以相互轉(zhuǎn)化。其中四方多晶氧化鋯陶瓷幾乎全部由細(xì)小的t 相構(gòu)成，室溫下力學(xué)性能優(yōu)異[8]。ZrO2的熱膨脹系數(shù)與鐵相似，彈性模量與鋼相似，具備高的離子傳輸能力和氧化還原行為使其在催化領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用[9]。

Ym 等[10]采用溶膠-凝膠法以Zr(OC3H7)4為前驅(qū)體，按照Z(yǔ)r ∶乙酰丙酮＝1 ∶1 在Zr 基體上制備ZrO2涂層，均勻混合前驅(qū)體混合物后，將溶膠涂覆在基體上，25 ℃下干燥24 h，然后在500 ℃下燒結(jié)6 h 可以獲得性能良好的ZrO2涂層。

張鎮(zhèn)華等[11]采用溶膠-凝膠法以Zr(OC4H9)4為前驅(qū)體在304 不銹鋼基體上按照8 mL Zr(OC4H9)4+30 mL C2H6O 制備ZrO2涂層，將前驅(qū)體混合物連續(xù)攪拌40 min 得到溶膠，將溶膠快速涂覆在基體上，100 ℃下干燥30 min，然后在600 ℃下燒結(jié)5 h 可以獲得性能良好的ZrO2薄膜。

Checmanowski 等[12]采用溶膠-凝膠法以異丙氧鋯(IV)-異丙醇配位化合物為鋯前驅(qū)體按照異丙氧鋯(IV)-異 丙 醇 配 位 化 合 物 ∶ 異 丙 醇 ∶ HNO3∶CH3COOH＝1.00 ∶500.00 ∶1.86 ∶1.75 在FeCrAl 合金表面沉積ZrO2涂層。將前驅(qū)體混合物均勻分散后沉積涂層，在空氣中干燥24 h，500 ℃燒結(jié)3 h 后得到ZrO2陶瓷膜。使用XRD 對(duì)涂層的成分進(jìn)行分析，結(jié)果表明:合金中的Zr 元素沒(méi)有參與反應(yīng)，涂層中的Zr 元素?cái)U(kuò)散到合金芯部，使合金在氧化時(shí)免遭腐蝕，涂層起到了一定的耐高溫氧化作用。

Prasad 等[13]采用溶膠-凝膠法以均勻混合的硝酸鋯水溶液和三乙醇胺水溶液為前驅(qū)體在低碳鋼表面制備耐蝕ZrO2涂層，將前驅(qū)體混合物在120 ℃下加熱攪拌30 min，均勻分散后在基體上沉積涂層，90 ℃干燥8 h，均勻煅燒得到ZrO2陶瓷膜。將其放入不同酸性的HCl 中進(jìn)行電化學(xué)腐蝕測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，涂覆涂層后的自腐蝕電流密度相較于基體基本上小1 個(gè)數(shù)量級(jí)，觀察其形貌照片可以看出，HCl 浸泡后涂層表面無(wú)明顯劣化，高倍顯微鏡下無(wú)深溝，說(shuō)明其抗酸浸能力較強(qiáng)，耐蝕性較好。

表3 不同酸性下的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果[13]Table 3 Electrochemical test results under different acidity[13]

1.3 氧化硅陶瓷涂層

氧化硅(SiO2)是一種呈正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)為1 723 ℃，耐火、耐高溫，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，該涂層是一種在生物玻璃、耐火材料、電子元件等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的無(wú)機(jī)化合物涂層。

Stambolova 等[14]采用溶膠-凝膠法以正硅酸乙酯為前驅(qū)體按照H2O ∶TEOS ＝3 ∶7 在不銹鋼板上制備具有保護(hù)作用的SiO2涂層。將前驅(qū)體混合物攪拌2 h，均勻分散后在基體上沉積涂層，在60 ℃干燥、300 ℃燒結(jié)后得到SiO2陶瓷膜，制備出涂層后的試驗(yàn)結(jié)果表明:在300 ℃下進(jìn)行熱處理，此時(shí)基體表面仍然具有致密的陶瓷涂層，幾乎未開(kāi)裂；分別將基體樣品(A)、TEOS濃度為0.5 mol/L 時(shí)制備的涂層樣品(B)、TEOS 濃度為2.0 mol/L 時(shí)制備的涂層樣品(C)浸泡在3.5%NaCl溶液中，50 h 質(zhì)量損失分別為1.81，1.06，2.72 mg/cm2。與樣品A 相比，在250 h 后的樣品B 質(zhì)量損失有所降低，樣品C 的質(zhì)量損失有所提高，這表明此時(shí)的SiO2涂層具有一定的保護(hù)基體的作用，但是隨著TEOS 濃度的增加，涂層的防護(hù)效率降低。

Braga 等[15]采用溶膠-凝膠法以正硅酸乙酯為前驅(qū)體按照TEOS ∶H2O ∶C2H6O ＝4.0 ∶90.5 ∶5.5 在1020碳鋼基體上制備單組分SiO2涂層。將前驅(qū)體混合物在70 ℃混合4 h、室溫下間歇混合14 h 得到溶膠，均勻分散后在基體上沉積涂層，室溫下干燥2 min，重復(fù)2 次后500 ℃燒結(jié)30 min 得到SiO2陶瓷膜。

王萌等[16]將TEOS 作為前驅(qū)體，在5052 鋁合金表面利用溶膠-凝膠法涂覆無(wú)機(jī)耐磨陶瓷涂層，室溫下干燥后520 ℃燒結(jié)3 h 后得到SiO2陶瓷膜，對(duì)顯微硬度進(jìn)行測(cè)量分析得出:金屬基體表面的顯微硬度為74.8 HV，涂覆涂層后硬度(95.7 HV)較基體樣品相比提高了20.9 HV，這是因?yàn)橥繉又械挠操|(zhì)相(如SiO2、Cr2O3、Al2O3等)呈彌散分布，增加了涂層的平均硬度。

Lutzler 等[17]采用溶膠-凝膠法以SiO2為原料在304 不銹鋼表面制備陶瓷涂層，在人工海水中研究電化學(xué)性能，并觀察了其降解情況。電化學(xué)阻抗譜結(jié)果表明，在0～30 d 都表現(xiàn)出電容行為，SEM 形貌照片顯示涂層表面光滑未見(jiàn)缺陷，表明該涂層具有良好的防護(hù)性能和抗腐蝕性能。

1.4 氧化鈦陶瓷涂層

氧化鈦(TiO2)的晶體結(jié)構(gòu)在自然界中存在3 種同素異形態(tài)，分別是屬于四方晶系的金紅石型、銳鈦型和斜方晶系的板鈦型。TiO2的莫氏硬度5.5～7.0，熔點(diǎn)1 840 ℃，電導(dǎo)率＜10-10S/cm，它在太陽(yáng)能電池、二極管、各種氣體傳感等方面有著廣泛的發(fā)展?jié)摿ΑＴ诰哂蟹浅＞o密的微孔結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)陶瓷膜領(lǐng)域，許多文章報(bào)道過(guò)超薄涂層的厚度在50～200 nm 之間。

崔麗華[18]采用溶膠-凝膠法以正交鈦酸四丁酯為前驅(qū)體在鋁合金表面按照136 mL CHO4Ti+160 mL C2H6O制備TiO2薄膜:攪拌前驅(qū)體混合物60 min 得到透明的淡黃色溶膠，靜置2 h 得到透明凝膠，60 ℃干燥2 h，500 ℃燒結(jié)12 h 后得到TiO2陶瓷膜。XRD 分析測(cè)試結(jié)果表明，采用TiO2溶膠直接成膜法制備的薄膜晶體性質(zhì)較好。

Bestetti 等[19]采用溶膠-凝膠法以異丙醇鈦為前驅(qū)體，將TiO2粉末分散到膠體溶液中，在不銹鋼表面制備TiO2薄膜:在膠體溶液中浸泡30 s，在120 ℃的烘箱中干燥24 h，500 ℃熱處理60 min 后得到TiO2陶瓷膜。通過(guò)空氣氛圍下的光降解試驗(yàn)評(píng)估涂層的光催化行為，結(jié)果表明:通過(guò)提高TiO2涂層的數(shù)量(1～4 層)可以提高降解率，顯著提高光催化效率，并且通過(guò)重復(fù)循環(huán)4 次亞甲基藍(lán)的水凈化過(guò)程和10 次氮氧化物降解過(guò)程，依舊可以保持高活性的催化作用。

1.5 雙組分陶瓷涂層

Al2O3-ZrO2作為雙組分涂層不僅可以減少熱循環(huán)時(shí)的裂紋，還能提高涂層力學(xué)性能。向Al2O3溶膠中引入ZrO2陶瓷粉末，ZrO2顆粒被Al2O3的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包裹，阻礙Al2O3異常生長(zhǎng)，降低了凝膠膜在燒結(jié)時(shí)的開(kāi)裂傾向。Al2O3-SiO2能夠改善涂層對(duì)基體的附著力，以及在不同應(yīng)用條件下控制晶粒生長(zhǎng)，在陶瓷、涂料、環(huán)氧樹(shù)脂基有機(jī)涂料等方面有較好的發(fā)展前景。由于TiO2基涂層有良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及較低的熱膨脹系數(shù)，SiO2具有較高的耐蝕性和優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度[20]，因此TiO2、SiO2協(xié)同作用有利于改善其耐磨性能和抗腐蝕性能[21]。

尹春生等[22]采用溶膠-凝膠法以高溫合金GH3039為基體，將ZrO2作為陶瓷骨料按照Al2O3∶ZrO2＝3 ∶10分散在Al2O3溶膠中，將基體浸漬在凝膠中1～2 min 后，在氮?dú)鈿夥障律郎刂? 100 ℃保溫2 h 制備出Al2O3-ZrO2涂層。

Yang 等[23]采用溶膠-凝膠法在SGC400 鋼表面按照TEOS ∶GPTMS ＝1 ∶1 制備Al2O3-SiO2涂層:將基體在前驅(qū)體溶液中浸泡60 s，300 ℃烘干15 s，900 ℃下進(jìn)行不同溫度的熱處理后得到Al2O3-SiO2涂層。在預(yù)熱到900 ℃的箱式爐中進(jìn)行奧氏體化處理后模擬快速冷卻后的馬氏體轉(zhuǎn)變，使用TGA 分析其氧化性，結(jié)果顯示:在900 ℃下，未涂覆涂層的金屬板材總質(zhì)量變化約為3.5%，添加了Al2O3-SiO2納米復(fù)合涂層的板材總質(zhì)量變化小于未涂覆涂層的板材的，說(shuō)明涂層對(duì)高溫下的氧化有抑制作用。

Karasinski 等[21]采用溶膠-凝膠法在45 鋼表面按照10.0 mL TBOT 和6.7 mL TEOS 制備TiO2-SiO2涂層:均勻混合前驅(qū)體溶液后室溫下靜置24 h，溶膠中完全浸泡5 min，干燥30 min 后重復(fù)3 次，在氬氣氣氛下120℃/30 min 得到TiO2-SiO2陶瓷涂層。

Sk 等[24]采用溶膠-凝膠法在鈍化處理的316 不銹鋼(SSO)表面制備Si/Zr 基陶瓷涂層。將前驅(qū)體溶液在室溫下均勻混合后靜置24 h，將基體在溶膠中浸泡2 min，在270 ℃下干燥固化1 h 后得到透明涂層。在相同的電位條件下，對(duì)試樣的摩擦行為進(jìn)行探討。結(jié)果表明:SSO 上的溶膠-凝膠膜厚度為(598±45) nm，涂層相對(duì)于SSO 基體，粗糙度參數(shù)Ra 降低了33%，Rv 和Rt明顯降低35%，起到了較好的減摩作用。

My 等[25]采用溶膠-凝膠法在商業(yè)純鈦(Cp-Ti)表 面 按 照 C9H21AlO3∶ H2O ∶ TEOS ∶ HCl ＝32.00 ∶32.00 ∶1.00 ∶0.24，C12H28O4Ti ∶C3H8O ∶HCl ＝1.0 ∶26.5 ∶1.5 制備TiO2-SiO2涂層。按照1 ∶1 的比例將制備的TiO2溶膠和SiO2溶膠混合得到復(fù)合溶膠，在基體上沉積涂層，150 ℃干燥15 h，800 ℃燒結(jié)2 h 后重復(fù)2 次得到TiO2-SiO2陶瓷涂層。在未老化溶液和老化溶液中，研究了未涂覆涂層的樣品和涂覆TiO2-SiO2復(fù)合膜后樣品的磨損行為，不同時(shí)效時(shí)間的溶膠沉積復(fù)合膜的硬度、粗糙度、摩擦系數(shù)和磨損體積見(jiàn)表4，發(fā)現(xiàn)隨著溶膠時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合材料的涂層硬度逐漸降低、摩擦系數(shù)逐漸升高、磨損體積逐漸增大，因此在未老化溶膠中沉積的復(fù)合涂層具有最佳的耐磨性。

表4 不同時(shí)效時(shí)間的溶膠沉積復(fù)合膜的硬度、粗糙度、摩擦系數(shù)和磨損體積[25]Table 4 Hardness，roughness，friction coefficient and wear volume of the composite films deposited with sol of different aging time[25]

Vives 等[26]采用溶膠-凝膠法在低碳鋼上制備輕薄、透明且不導(dǎo)電的SiO2-TiO2(1 ∶1)陶瓷膜層，0，2，4，6，8 層陶瓷膜層樣品800 ℃/30 s 退火后的顯微硬度分別為156，180，196，213，217 HV。隨著涂層層數(shù)的增加，顯微硬度逐漸增大，此混合氧化物涂層對(duì)整體硬度起到了積極作用。

Avcb 等[27]采用溶膠-凝膠法以薄鋁石分散粉和SiO2干凝膠粉的混合物為前驅(qū)體按照C9H21AlO3∶C2H6O ∶H2O ＝1 ∶5 ∶100，TEOS ∶H2O ∶C2H6O ＝4.0 ∶90.5 ∶5.5 在1020 碳鋼基體上制備Al2O3-SiO2涂層。研究發(fā)現(xiàn)不僅熱處理的溫度會(huì)影響涂層性能，不同成分沉積的順序也會(huì)影響性能。表5 為不同燒結(jié)溫度下得到的SiO2-勃姆石涂層(SBA)、勃姆石-SiO2涂層(BSA)的阻抗譜半徑結(jié)果，顯示在600 ℃下的SiO2-勃姆石涂層和500 ℃下的勃姆石-SiO2涂層具有最佳的防腐性能。

表5 不同溫度下1020 碳鋼基體上SiO2-勃姆石、勃姆石-SiO2涂層的阻抗值 [27]Table 5 Impedance spectrum of SiO2-Boehmite and Boehmite-SiO2 coatings on 1020 carbon steel matrix at different temperatures[27]

2 溶膠-凝膠法制備陶瓷涂層的應(yīng)用領(lǐng)域

綜上所述，各陶瓷組分的性能及應(yīng)用領(lǐng)域見(jiàn)表6。

表6 各陶瓷組分的性能及應(yīng)用對(duì)比Table 6 Comparison of properties and applications of ceramic components

3 溶膠-凝膠法制備陶瓷涂層存在的問(wèn)題及展望

在金屬基體表面制備陶瓷涂層，薄膜狀的陶瓷顆粒包裹著金屬相，涂覆涂層后可以在保持基體固有特性下改變基體的功能特性，在使用性能方面，用溶膠-凝膠法制備的新型的陶瓷涂料涂層的硬度、耐磨性、耐蝕性、抗高溫氧化性等大多已被研究者們證實(shí)?，F(xiàn)階段使用溶膠-凝膠法涂覆陶瓷涂層的研究在前驅(qū)體優(yōu)選、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、骨料配比等方面，以及電磁和熱疲勞性等綜合性能提升還存在不足，理論體系不夠完善，需要解決的問(wèn)題如下:

(1)傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法制備陶瓷涂層的前驅(qū)體是有毒的，需要進(jìn)一步優(yōu)化前驅(qū)體原料；

(2)采用溶膠-凝膠法制備的陶瓷涂層在高溫蠕變性能、電磁性、熱疲勞性和服役可靠性方面還缺乏系統(tǒng)的研究；

(3)采用溶膠-凝膠法制備陶瓷涂層的制備技術(shù)還存在一些問(wèn)題。如陶瓷涂層的多孔結(jié)構(gòu)，如何合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)體系以及骨料的添加及使用量配比，獲得綜合性能優(yōu)異的陶瓷涂層，需要進(jìn)一步的分析研究。

對(duì)于陶瓷涂層的發(fā)展，未來(lái)研究的重點(diǎn)應(yīng)該在:

(1)對(duì)于雙組分涂層，通過(guò)研究骨料的種類(lèi)和添加量制備出性能更為優(yōu)異的配比；

(2)發(fā)展多組分涂層，解決基體涂覆多層涂層后開(kāi)裂的問(wèn)題；

(3)發(fā)展便于操作、低成本、高效率的陶瓷涂層制備技術(shù)，從生產(chǎn)設(shè)備、制備成本、大產(chǎn)量的角度出發(fā)發(fā)展陶瓷涂層的研究；

(4)對(duì)陶瓷涂層的性能指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)定，以確保涂層性能可靠。