CN102345152A - 一种利用电泳沉积制备钛硅铝碳陶瓷涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可加工层状钛硅铝碳陶瓷领域，特别提供了一种利用电泳沉积制备钛硅铝碳(Ti3Si(Al)C2)陶瓷涂层的方法，解决现有技术中难以获得纯的钛硅碳(Ti3SiC2)涂层等问题。该方法以钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末、水(H2O)为原料制成悬浮液，悬浮液中钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)的固相含量为1-5vol％，悬浮液的pH值范围为7-10，电泳时所加的电位为1-5V，沉积时间为5-30mim。本发明可以在室温、利用水基悬浮液、短时间内电泳沉积纯度高、致密度好、具有择优取向的钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)涂层。

Description

一种利用电泳沉积制备钛硅铝碳陶瓷涂层的方法
技术领域
本发明涉及可加工层状钛硅铝碳陶瓷领域，特别提供了一种利用电泳沉积制备钛硅铝碳(Ti3Si(Al)C2)陶瓷涂层的方法。 
背景技术
钛硅碳Ti3SiC2及其固溶体(Ti3Si(Al)C2)是新型的三元层状陶瓷材料。它们综合了陶瓷和金属的诸多特性，如既具有陶瓷材料的高模量、高强度、低密度、耐高温、抗氧化性好等优点；同时，又具有金属材料的导电、导热、抗热震、可加工的性能。因此，在航空、航天、核工业、燃料电池、电子信息等高新技术领域有着广泛的应用前景。钛硅碳(Ti3SiC2)及其固溶体(Ti3Si(Al)C2)的优异综合性能还使它们能作为抗氧化、自润滑等涂层材料被广泛应用。然而，目前钛硅碳Ti3SiC2及其固溶体(Ti3Si(Al)C2)涂层制备上的困难却限制了它们的应用。关于钛硅碳(Ti3SiC2)涂层制备方法主要有以下几种。 
文献1-5(J.Less-Common Met.，26，335-53(1972)；Mater.Res.Bull.，22，1195-201(1987)；Chem.Vap.Deposition，6，289-95(2000)；J.Mater.Sci.，29，3941-8(1994)；J.Mater.Sci.，29，5023-40(1994))中报道了用化学气相沉积(CVD)方法制备钛硅碳(Ti3SiC2)涂层。用该方法可以在不同形状的基体上沉积出含有TiC的钛硅碳(Ti3SiC2)薄膜，但是TiC杂质相很难去除。 
文献6-8(J.Mater.Res.，20，779-82(2005)；Appl.Phys.Lett.，85，1066-8(2004)；Steel.Res.Int.，76，225-8(2005).)中报道了用磁控溅射(MS)的方法制备钛硅碳(Ti3SiC2)薄膜，但是基体必需要加热到500℃以上，这可能对金属基体造成损伤。 
文献9(Surf.Coat.Technol.，202，5976-81(2008))中报道了用高速氧燃火焰喷涂制备钛铝碳(Ti2AlC)的方法，该方法的优点是趁机速度快，缺点是喷涂过程中使钛铝碳(Ti2AlC)发生分解，从而得不到纯的钛铝碳(Ti2AlC)。 
从上述分析可见，目前制备钛硅碳(Ti3SiC2)及其相关材料涂层的方法都需要较高的温度，这一方面会造成基体材料的相变或性能退化，另一方面会使钛硅 碳(Ti3SiC2)涂层在制备过程中发生高温分解。从而，难以获得纯的钛硅碳(Ti3SiC2)涂层。 
发明内容
本发明的目的在于提出了一种利用电泳沉积制备钛硅铝碳陶瓷涂层的方法，解决现有技术中难以获得纯的钛硅碳(Ti3SiC2)涂层等问题。 
本发明的技术方案是： 
一种利用电泳沉积制备钛硅铝碳陶瓷涂层的方法，该方法以钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末、水为原料制成悬浮液，在室温电泳沉积出高纯度、致密、具有择优取向的钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)涂层。 
1)原料组成及成分范围： 
以钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末、水为原料制成悬浮液，悬浮液中钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)的固相含量为1-5vol％； 
2)制备工艺： 
用氢氧化钠将悬浮液的pH调为7-10，电泳沉积时所加的电位为1-5V，沉积时间为5-30min，得到均匀、致密的钛硅铝碳涂层，涂层厚度为2-10μm。 
本发明中，钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末的平均粒度为3μm。 
本发明的优点是： 
1.使用钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末和水(H2O)为原料的悬浮液，不含有机物添加剂，无污染，环境友好。 
2.工艺简单，成本低。电泳沉积在室温即可进行，沉积速率可以根据所施加的电位和悬浮液中钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末的含量控制。 
3.涂层的性能优异。采用电泳沉积制备的钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)涂层纯度高、均匀性好、密度高，并且具有(00l)择优取向。 
附图说明
图1电泳沉积钛硅铝碳装置示意图。 
图2原料粉末及电泳沉积钛硅铝碳涂层的X射线衍射谱。 
图3电泳沉积钛硅铝碳涂层的表面形貌。 
图4为实施例3涂层的断面形貌。 
具体实施方式
实施例1 
将颗粒平均粒度为3μm的钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末分散在水中制成悬浮 液，钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)的固相含量为3vol％，用氢氧化钠调节悬浮液的pH值为7，利用恒电位仪在图1所示装置中，电源1通过电极2对容器3中的悬浮液施加3V恒电位，工作电极为ITO导电玻璃，对电极为铂网，沉积时间为10min，得到均匀、致密的钛硅铝碳涂层，涂层厚度约为3μm。 
如图2所示，经X射线衍射分析可以观察到钛硅铝碳的特征峰，证明在ITO导电玻璃上成功电泳沉积得到钛硅铝碳膜，而且该薄膜具有(00l)择优取向。 
实施例2 
将颗粒尺寸为3μm的钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末分散在水中制成悬浮液，钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)的固相含量为5vol％，用氢氧化钠调悬浮液的pH值为10，利用图1所示的恒电位仪施加5V恒电位，沉积时间为7min，由扫描电镜照片观察钛硅铝碳膜的表面形貌均匀、致密，如图3所示。 
实施例3 
将颗粒尺寸为3μm的钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)粉末分散在水中制成悬浮液，钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)的固相含量为1vol％，用氢氧化钠调悬浮液的pH值为9，利用图1所示的恒电位仪施加3V恒电位，沉积时间为30min，得到均匀、致密的钛硅铝碳涂层，涂层厚度约为10μm，涂层的断面形貌如图4所示。 
结果表明，本发明可以在室温、利用水基悬浮液、短时间内电泳沉积纯度高、致密度好、具有择优取向的钛硅铝碳(Ti3SiAlC2)涂层。 

Claims (1)

1.一种利用电泳沉积制备钛硅铝碳陶瓷涂层的方法，其特征在于：
1)以钛硅铝碳粉末、水为原料制成悬浮液，悬浮液中钛硅铝碳的固相含量为1-5vol％；
2)制备工艺：
悬浮液的pH＝7-10，电泳沉积时所加的电位为1-5V，沉积时间为5-30min。
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