專利名稱：一種陶瓷涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工、環(huán)境和材料加工領(lǐng)域的一種涂層的制備方法，特別涉及一種陶瓷涂層的制備方法。
現(xiàn)有的噴涂陶瓷涂層技術(shù)采用熱噴涂的方法，其中包括等離子噴涂、火焰粉末噴涂或火焰棒材噴涂、亞音速火焰噴涂、超音速火焰噴涂、超音速等離子噴涂、爆炸噴涂。在這些噴涂方法中，材料經(jīng)歷熔化后在基體表面沉積并冷卻凝固的過(guò)程，發(fā)生不可避免的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，對(duì)某些材料，這些晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變是不希望的。此外，在采用納米結(jié)構(gòu)陶瓷粉末進(jìn)行噴涂時(shí)，熔化的發(fā)生使納米結(jié)構(gòu)消失，致使所得到的涂層只有一部分是納米結(jié)構(gòu)，其余部分是常規(guī)的微晶結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)。由于噴涂熱源和熔融噴涂粒子對(duì)基體的熱作用，基體的某些性能也受到影響。總之，現(xiàn)有熱噴涂陶瓷涂層技術(shù)存在發(fā)生不希望的結(jié)構(gòu)變化和對(duì)基體熱影響較大的缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)思路是以陶瓷粉末為原料，采用冷噴涂方法制備陶瓷涂層。
本發(fā)明是通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)的一種陶瓷涂層的制備方法，按以下步驟制備(1)對(duì)基體進(jìn)行預(yù)處理；(2)采用冷噴涂，以陶瓷粉末為原料在基體上沉積形成陶瓷涂層。
本發(fā)明的其它一些特點(diǎn)是所述的陶瓷粉末為氧化鈦塊體粉末或氧化鈦團(tuán)聚粉末。
所述的陶瓷粉末還可以是氧化物、碳化物、氮化物、硼化物陶瓷或這些陶瓷材料的混合粉末或復(fù)合粉末，粉末可以是塊體粉末或團(tuán)聚粉末。
所述的氧化鈦可以是化學(xué)平衡整比的二氧化鈦，也可以是發(fā)生失氧的化學(xué)非平衡非整比的TinO2n-1(n為自然數(shù))，還可以是兩者的混合；氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)可以是銳鈦礦相或金紅石相或兩者的混合；氧化鈦是單純氧化鈦或經(jīng)過(guò)攙雜的氧化鈦，比如添加鋁、鐵、銅、鉻、鋅、釩、錳、硅、鈷、銀、鎘、鋯、鎢中一種或幾種元素的氧化物。
所述的氧化鈦塊體粉末可以是塊體氧化鈦粉碎得到的用于噴涂的顆粒直徑在5～50μm的氧化鈦粉末，由于氧化鈦為脆性材料，所以該氧化鈦粉末呈棱角尖銳的多角形形貌。在涂層沉積時(shí)，高速粉末顆粒撞擊在基體表面，主要以嵌入基體的方式形成陶瓷涂層。
所述的氧化鈦團(tuán)聚粉末是直徑在5～50的噴涂粉末，由尺寸為0.1～5μm的微細(xì)粉末團(tuán)聚而成的粉末，可以是以有機(jī)物為粘結(jié)劑團(tuán)聚的粉末，可以是微細(xì)粉末直接團(tuán)聚成的粉末。在涂層沉積時(shí)，高速粉末顆粒撞擊在基體表面，發(fā)生變形后扁平沉積在基體表面形成陶瓷涂層。
所述的氧化鈦團(tuán)聚粉末是由尺寸為0.001～0.1μm的納米粉末團(tuán)聚而成的納米結(jié)構(gòu)粉末，可以是以有機(jī)物為粘結(jié)劑團(tuán)聚的粉末，可以是其它氧化物作為粘結(jié)劑或氫氧化物作為粘結(jié)劑團(tuán)聚的粉末，還可以是微細(xì)粉末直接團(tuán)聚成的粉末。
所述的預(yù)處理可以采用冷噴涂方式實(shí)施，在較小的噴涂粉末粒子速度情況下，粉末粒子不足以沉積形成涂層，但對(duì)涂層起到噴砂粗化的預(yù)處理作用。
本發(fā)明的實(shí)施可以制備結(jié)構(gòu)與性能更加優(yōu)越的陶瓷涂層，尤其是可以制備高性能的納米結(jié)構(gòu)涂層，特別是光催化氧化鈦涂層。
圖2為實(shí)施本發(fā)明涉及的攙雜氧化鐵的氧化鈦團(tuán)聚粉末的形貌照片。
圖3為采用氧化鈦塊體粉末制備的氧化鈦光催化涂層的X射線衍射圖譜。
圖4為采用氧化鈦團(tuán)聚粉末制備的氧化鈦光催化涂層的X射線衍射圖譜。
圖5為采用氧化鈦塊體粉末制備的氧化鈦光催化涂層的表面形貌。
圖6為采用氧化鈦團(tuán)聚粉末制備的氧化鈦光催化涂層的表面形貌。
圖7為采用氧化鈦團(tuán)聚粉末制備的氧化鈦光催化涂層的斷面形貌圖8為采用納米結(jié)構(gòu)氧化鈦團(tuán)聚粉末制備的納米結(jié)構(gòu)氧化鈦光催化涂層的表面形貌。
實(shí)施例1參見(jiàn)

圖1，圖1為實(shí)施本發(fā)明涉及的氧化鈦塊體粉末的形貌照片。該粉末為熔煉破碎法制造的塊體氧化鈦粉末，呈多角形的形貌，晶體結(jié)構(gòu)為金紅石型。
實(shí)施例2參見(jiàn)圖2。圖2為實(shí)施本發(fā)明涉及的攙雜氧化鐵的氧化鈦團(tuán)聚粉末的形貌照片。該粉末是由直徑為0.2μm的銳鈦礦型TiO2微粉并加入10％的Fe3O4微粒通過(guò)噴霧(Spray)造粒法制造的復(fù)合粉末，粉末呈球形，采用DAX分析證實(shí)其中機(jī)械摻雜的Fe3O4微粒均勻分布于粉末中。
實(shí)施例3參見(jiàn)圖3。圖3為采用氧化鈦塊體粉末制備的氧化鈦光催化涂層的X射線衍射圖譜。采用實(shí)施例1所述的粉末，按照本發(fā)明的思路，在不銹鋼基體上制備氧化鈦陶瓷光催化涂層，涂層晶體結(jié)構(gòu)呈金紅石型，保持與原始粉末一致，也就是說(shuō)，該工藝方法將粉末的晶體結(jié)構(gòu)基本完全移植到涂層中。采用該涂層進(jìn)行光催化降解水中苯酚和氣體中乙醛的試驗(yàn)表明，該涂層具有良好的光催化性能。
實(shí)施例4參見(jiàn)圖4。圖4為采用氧化鈦團(tuán)聚粉末制備的氧化鈦光催化涂層的X射線衍射圖譜。采用銳鈦礦型氧化鈦團(tuán)聚粉末，按照本發(fā)明的思路，在不銹鋼基體上制備氧化鈦陶瓷光催化涂層，涂層晶體結(jié)構(gòu)呈銳鈦礦型，保持與原始粉末一致，也就是說(shuō)，該工藝方法將粉末的晶體結(jié)構(gòu)基本完全移植到涂層中。采用該涂層進(jìn)行光催化降解水中苯酚和氣體中乙醛的試驗(yàn)表明，該涂層具有良好的光催化性能。
實(shí)施例5參見(jiàn)圖6。圖5為采用氧化鈦塊體粉末制備的氧化鈦光催化涂層的表面形貌。圖中形貌類似記號(hào)“1”所表示的棱角尖銳的部分為氧化鈦，形貌類似記號(hào)“2”所表示的部分為不銹鋼基體。采用該涂層進(jìn)行光催化降解水中苯酚和氣體中乙醛的試驗(yàn)表明，該涂層具有良好的光催化性能。
實(shí)施例6參見(jiàn)圖6。圖6為采用氧化鈦團(tuán)聚粉末制備的氧化鈦光催化涂層的表面形貌?？梢园l(fā)現(xiàn)原始球狀粉末已經(jīng)發(fā)生了扁平化，在基體上沉積形成了涂層。
實(shí)施例7參見(jiàn)圖7。圖7為采用氧化鈦團(tuán)聚粉末制備的氧化鈦光催化涂層的斷面形貌?？梢钥吹?，在基體上形成了一定厚度的涂層，厚度為3～50.2μm，均勻覆蓋在涂層基體表面。
實(shí)施例8參見(jiàn)圖8。圖8為采用納米結(jié)構(gòu)氧化鈦團(tuán)聚粉末制備的納米結(jié)構(gòu)氧化鈦光催化涂層?？梢园l(fā)現(xiàn)，涂層呈現(xiàn)出與原始粉末結(jié)構(gòu)類似的納米結(jié)構(gòu)，由于顆粒之間不是完全致密，所以涂層的比表面積較大，采用該涂層進(jìn)行光催化降解水中苯酚和氣體中乙醛的試驗(yàn)表明，該涂層具有非常優(yōu)越的光催化性能。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行(1)對(duì)基體進(jìn)行預(yù)處理；(2)采用冷噴涂，以陶瓷粉末為原料在基體上沉積形成陶瓷涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷的制備方法，其特征在于，所述的陶瓷粉末為氧化鈦塊體粉末或氧化鈦團(tuán)聚粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述的陶瓷粉末還可以是氧化物、碳化物、氮化物、硼化物陶瓷或這些陶瓷材料的混合粉末或復(fù)合粉末，粉末可以是塊體粉末或團(tuán)聚粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述的氧化鈦可以是化學(xué)平衡整比的二氧化鈦，也可以是發(fā)生失氧的化學(xué)非平衡非整比的TinO2n-1(n為自然數(shù))，還可以是兩者的混合；氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)可以是銳鈦礦相或金紅石相或兩者的混合；氧化鈦是單純氧化鈦或經(jīng)過(guò)攙雜的氧化鈦，比如添加鋁、鐵、銅、鉻、鋅、釩、錳、硅、鈷、銀、鎘、鋯、鎢中一種或幾種元素的氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述的氧化鈦塊體粉末可以是塊體氧化鈦粉碎得到的用于噴涂的顆粒直徑在5μm～50μm的氧化鈦粉末，由于氧化鈦為脆性材料，所以該氧化鈦粉末呈棱角尖銳的多角形形貌。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述的氧化鈦團(tuán)聚粉末是直徑在5μm～50μm的噴涂粉末，由尺寸為0.1μm～5μm的微細(xì)粉末團(tuán)聚而成的粉末，可以是以有機(jī)物為粘結(jié)劑團(tuán)聚的粉末，可以是其它氧化物作為粘結(jié)劑或氫氧化物作為粘結(jié)劑團(tuán)聚的粉末，還可以是微細(xì)粉末直接團(tuán)聚成的粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述的氧化鈦團(tuán)聚粉末是由尺寸為0.001μm～0.1μm的納米粉末團(tuán)聚而成的納米結(jié)構(gòu)粉末，可以是以有機(jī)物為粘結(jié)劑團(tuán)聚的粉末，可以是微細(xì)粉末直接團(tuán)聚成的粉末。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，所述的預(yù)處理可以采用冷噴涂方式實(shí)施，在較小的噴涂粉末粒子速度情況下，粉末粒子不足以沉積形成涂層，但對(duì)涂層起到噴砂粗化的預(yù)處理作用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種陶瓷涂層的制備方法，涉及化工、環(huán)境和材料加工領(lǐng)域，以陶瓷粉末為原料，采用冷噴涂方法制備陶瓷涂層，特別是制備氧化鈦光催化涂層。若以氧化鈦塊體粉末或氧化鈦團(tuán)聚粉末為原料，采用冷噴涂在基體上沉積二氧化鈦涂層。按本發(fā)明制備的TiO
文檔編號(hào)B01J37/00GK1443871SQ03114688
公開(kāi)日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者李長(zhǎng)久, 楊冠軍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)