就像為了保護(hù)新手機(jī)會(huì)給它貼膜戴殼一樣，在工業(yè)上，為了提高各種產(chǎn)品零部件的使用壽命，同樣也會(huì)為它們穿上“保護(hù)衣”，以避免各種形式的磨損、腐蝕以及高溫軟化或熱衰退等引起的零部件失效。

常用的“保護(hù)衣”可分為有機(jī)樹(shù)脂涂層、金屬及合金涂層和陶瓷涂層，其中陶瓷涂層是在傳統(tǒng)的陶瓷材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型復(fù)合材料，它即保持了傳統(tǒng)陶瓷材料的耐高溫、抗磨損、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)保持了基體材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，由于陶瓷涂層的厚度通常都在一毫米之內(nèi)，因此大大地減少了零件的消極重量，其抗熱沖擊性能優(yōu)于整體陶瓷。

目前可用于陶瓷涂層的材料有氧化物、碳化物、氮化物、硼化物陶瓷等。氧化鋁（Al₂O₃）是最常用的陶瓷涂層材料之一，有著相當(dāng)不錯(cuò)的性能——如生物相容性、耐磨、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、高透光率、抗腐蝕等，因此氧化鋁涂層在包裝防護(hù)、電器產(chǎn)品、生物醫(yī)學(xué)植入物、機(jī)械涂料等行業(yè)中具有不錯(cuò)的應(yīng)用性和前景。

氧化鋁

氧化鋁涂層工藝

目前制備氧化鋁涂層的方法較多，采用的設(shè)備儀器和制備條件各不相同，以下是部分方法的簡(jiǎn)介：

1.電子束蒸發(fā)法

電子束蒸發(fā)法是一種采用真空蒸發(fā)工藝鍍膜的方法，在真空條件下，使用電子束將噴涂的材料進(jìn)行高溫蒸發(fā)處理，并向需要噴涂的基底輸運(yùn)，通過(guò)冷水環(huán)境調(diào)節(jié)，使加熱的物質(zhì)凝結(jié)形成涂層的方法。其優(yōu)點(diǎn)是可在較高的沉積速率下快速制備出薄膜，但在電子束加熱裝置中，為了使其快速冷卻凝結(jié)成涂層，會(huì)將被加熱的物質(zhì)放置于冷水中，而潮濕的環(huán)境會(huì)影響涂層的結(jié)合力，從而影響整體的質(zhì)量。

2.化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積是一種利用將氣態(tài)物質(zhì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)處理在基底表面生成一定形態(tài)的沉積物的工藝，主要流程分為三個(gè)階段進(jìn)行：首先生成氣態(tài)揮發(fā)性物質(zhì)；然后運(yùn)輸揮發(fā)性物質(zhì)到基底表面；最后在基體上通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而生成固態(tài)沉積物。氣態(tài)物質(zhì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)處理生成不同結(jié)構(gòu)形貌的物質(zhì)，一般的化學(xué)反應(yīng)方法根據(jù)反應(yīng)條件的不同分為：熱分解反應(yīng)、化學(xué)合成反應(yīng)和化學(xué)傳輸反應(yīng)等。

3.磁控濺射法

磁控濺射法是指將靶材上的原子或分子通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射出的磁控濺射工藝，然后濺射出的物質(zhì)沉積到基底上形成涂層的方法。磁控濺射法由于磁控反應(yīng)不同又分為射頻反應(yīng)磁控濺射法和直流（交流）反應(yīng)磁控濺射法。

4.陽(yáng)極氧化法

陽(yáng)極氧化制備技術(shù)屬于軟溶液制備技術(shù)的一種，這種方法可以制備出孔徑可控，有序的氧化鋁薄膜。應(yīng)用此方法制備出的薄膜材料可以用作一維納米材料的模板，并且應(yīng)用于微過(guò)濾器的過(guò)濾膜。同時(shí)還可以用于制備不同性能的納米級(jí)電器件，如光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)。

5.溶膠-凝膠法

溶膠－凝膠法是指金屬醇鹽或無(wú)機(jī)物作為前驅(qū)體溶解在乙醇等有機(jī)溶劑中，弱酸和弱堿為催化劑，加入適量的水使反應(yīng)物發(fā)生水解縮合反應(yīng)，生成溶膠，然后將溶膠陳化一段時(shí)間，溶膠膠束聚合、溶膠失去流動(dòng)性，線性結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成凝膠。最后再通過(guò)加熱處理干燥固化凝膠，最終得到目標(biāo)材料。

溶膠凝膠法合成的薄膜具有反應(yīng)過(guò)程溫度低、成本低廉、粒徑可控、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，制備出的膠體通常涂覆在鋼、鋁合金等金屬表面，得到的具有耐腐蝕性好的涂層，提高金屬材料的耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用在陶瓷和金屬表面。

6.低溫水熱處理法

水熱反應(yīng)指的是在具有一定溫度和壓力的反應(yīng)條件下，反應(yīng)物在密閉的水熱反應(yīng)釜中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新產(chǎn)物的總稱。相比其他熱處理方法，水熱反應(yīng)所需要的熱量較低并結(jié)合一定壓力進(jìn)行反應(yīng)生成相應(yīng)產(chǎn)物。目前，水熱合成法廣泛應(yīng)用于材料制備領(lǐng)域，如用來(lái)制備功能陶瓷粉體、生長(zhǎng)各種晶體結(jié)構(gòu)、改性無(wú)機(jī)材料粉體等。

7.無(wú)電沉積法

無(wú)電沉積是一種制備納米金屬涂層良好有效的方法，通過(guò)控制溶液配比組成成分和操作條件可以獲得不同尺度的納米晶體。其制備工藝對(duì)材料的尺寸大小都沒(méi)有要求，操作環(huán)境簡(jiǎn)單，不僅可以在簡(jiǎn)單的金屬物體表面，甚至在復(fù)雜形狀的陶瓷表面，都可進(jìn)行平整均勻的沉積，從而受到較高的重視。

在鋁(a)、鈦(b)、鐵(c)和玻璃(d)基底上Al₂O₃涂層的 SEM 圖和數(shù)碼照片

總結(jié)

總之，提高材料自身的抗磨損、腐蝕、高溫能力是改善機(jī)械零部件失效的有效途徑。而氧化鋁陶瓷覆蓋層恰恰可以利用自己的性能優(yōu)勢(shì)，在提高耐熱、耐磨和耐腐蝕能力等方面起到增強(qiáng)作用，可有效地保護(hù)或強(qiáng)化零件表面，防止失效現(xiàn)象。因此隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高和產(chǎn)品應(yīng)用的范圍擴(kuò)大，如何進(jìn)一步改進(jìn)氧化鋁涂層性能以增加產(chǎn)品在不同環(huán)境下的使用率，將成為各行業(yè)備受關(guān)注的話題。

資料來(lái)源：

氧化鋁涂層的制備及研究，蒲夢(mèng)園。

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