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先进陶瓷的电泳沉积成型法

内容导读:电泳沉积是一种制备薄膜或涂层材料的方法。电泳沉积成型是电泳和沉积这两个过程的结合。
1.  电泳沉积成型的工艺原理
电泳沉积的基本原理是:由于分散于悬浮液中的粒子是带电的,在电场作用下必须发生定向移动,根据DLVO理论,电解质浓度的增加可以诱发胶体体系的聚沉。在外加电场的作用下可使电极附近的电解质浓度增加,其结果相当于降低了电极附近的电位,从而使粒子在作为电极的试样表面发生絮凝。电沉积一般不能直接使涂层与基体产生牢固地结合,通常沉积后还需要进行后续热处理来强化涂层与基体的结合力。
碳化硅陶瓷环
2.  电泳沉积成型的工艺过程及应用
(1)电泳沉积成型的工艺过程  
电泳沉积工艺包括制备稳定的悬浮液,悬浮液中颗粒之间的相互作用,颗粒在电场下的定向运动和在电极上的沉积过程。
①制备稳定的悬浮液
制备含有原料粉体的稳定的悬浮液是电泳沉积的前提。电泳沉积料浆的悬浮和稳定原理与注浆成型料浆及原位凝固成型料浆的稳定原理是相同的。
②电泳沉积过程
悬浮液中的固体颗粒之所以在电极上沉积,主要是由于电极附近电解质浓度升高而发生颗粒絮凝.其结果使电极附近的电位降低。荷电的固体颗粒在电极表面发生电化学氧化还原反应,变成电中性,从而沉积在电极上而静止。电沉积的速率对于沉积厚度的控制非常重要。Hamaker提出了电泳沉积物质量与悬浮液的浓度、沉积时间、沉积电极表面积和沉积电场强度成正比。
(2)电泳沉积成型的应用  
电泳沉积成型技术可以用来制备层状复合材料、生物陶瓷、纤维/晶须增强陶瓷基复合材料、功能陶瓷等各类新材料,具有十分广阔的应用前景。与单一结构的陶瓷材料相比,层状复合陶瓷材料的强度和韧性都显著提高。层状复合陶瓷材料中,每一层的厚度越薄,其力学性能越好。

3.  电泳沉积成型的特点
(1)使用的材料范围很广,几乎可以应用到所有的材料方面,如非金属、金属、半导体等材料的沉积。
(2)易于控制沉积层的成分,对于混合型沉积层来说特别方便。
(3)沉积速率极高,0.025mm的沉积层电泳只要10s。
(4)沉积层厚度易于精确控制。
(5)沉积层的厚度十分均匀,可以沉积形状复杂的制件。
(6)沉积层致密、气孔少、结合牢固,而其密度和结合力能够从工艺上加以控制。

4.  电泳沉积成型的主要缺陷
尽管电泳沉积成型操作简单、灵活、可靠性也较高且可应用于许多材料的制备,但是电泳沉积成型技术仍然存在如下许多缺点。
(1)沉积层多数是颗粒堆积,需要进行补充处理,如压紧、退火、烧结等,因而受到基体材料性能的限制。
(2)所用的介质多为有机材料,有的成本较高且配制过程也比较复杂。
(3)工作电压较高。
 

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