溶胶-凝胶高温氧化防护涂层
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收稿日期：２００２—０９．１８祈稿；２００２．１２ ２６修改稿 基金项目：圄家自然科学基金资助项目（５０１７２０５０） 作者简介：朱明（１９７８一），男，博士生，主要从事高温氧化防护涂层研究
Ｔｅｌ：０２４—２３９１５９１３ Ｅ—ｌｌ：ｎｕｈｕ＠ｌｍｒ．ａｃ．ｃｎ
１溶胶凝胶法制备涂层原理
溶胶凝胶法制备涂层主要有三个步骤：稳定单 分散溶胶的制备，溶胶膜的形成和膜的热处理研究
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Ｍａｔｅｒ．１９９８．１０：２９６４
腐蚀科学与防护技术．２００１．１３：３３４
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为了提高合金的抗高温氧化性能，基体表面制 备涂层是一种经济有效的途径…．涂层材料的制备 方法很多，主要可蚪分为两大类：（１）物理方法，如蒸 镀法、溅射法等；（２）化学方法，如化学气相沉积法 （ｃｖＤ）、喷雾热解法、溶胶凝胶法等．其中溶胶凝胶 法和其他方法相比，有以下优点：（１）设备简单；（２） 容易在大块表面上涂覆涂层；（３）可以获得小尺寸 （纳米级）氧化物颗粒；（４）涂层均匀度高，易制得 多组分均匀氧化物涂层．溶胶凝胶法是一种湿化学 方法，它以金属醇盐为先驱体，配制成垮质溶胶，对 陶瓷、金属等基体进行表面涂覆成膜．
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ｓｏｈｄｓ，１９９２．４５７：１４７
［３４］李黄栓．张亚明活性元素对台金高温氧化的作用机制［Ｊ］
４１６
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（１）水解反应，金属醇盐Ｍ（０Ｒ）。（ｎ为金属Ｍ
的原子价）与水反应：
Ｍ（ＯＲ）。＋ｎＨ２０＿’Ｍ（ＯＨ）。＋ｎＲＯＨ
（１）
万方数据
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１期
朱明等：溶胶一凝胶高温氧化防护涂层
３７
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Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ，１９９５，７（９）：７７５
万方数据
第１６卷第１期
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腐蚀科学与防护技术
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ｖ０１ Ｌ６№．Ｌ
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溶胶一凝胶高温氧化防护涂层
朱 明，李美栓，李亚利，周延春
中崮科学院金属研究所，沈阳材料科学国家（联台）实验室，沈阳１１００１６
摘要：溶胶一凝胶方法是一种制备氧化物涂层的简单方法在不同基体卜，采用溶胶一凝胶法可以制各连续的对基 体起保护作用的ｓｉ（）２、Ａ１ｚ她、ｚｒｑ及它们间复合的涂层．本文系统介绍了溶胶凝胶过程的特瓿、原理，着重介绍搭 胶凝胶法制备抗氧化性涂层的工艺过程，分析了该方法存在的缺点，指出未来要解决的问题并简单介绍了一种新 型无氧溶腔一凝胶制备陶瓷涂层技术 关键词：溶胶一凝胶；高温氧化；沫层 中圉分类号：ＴＧｌ７４ ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６４９５（２００４）０ｌ—００３３一０５
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ａｎｄ Ｔｅｃｈ，１９９７，８：８５１
［２６］章海滨，梁开明，梅乐夫，等溶胶 凝皎方法制备的蹦五涂 层对低碳钢腐蚀的保护［Ｊ］腐蚀科学与防护技术，２００２．１４：
９２
［２７］Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｊ，Ｙ３ｒＩｇ Ｑ．Ｔ㈣ｙｎ５ⅫＴ ｃ０“岫ｌｔｅ鲥～Ｇｄ ｃｅ—
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ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｈｅｒｅｎｃｅ乱ｒｅｒ培ｔｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｎｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ａｎｄ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌＩｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．Ａｎｄ Ｓｉ—Ｃ—Ｎ ｃｏａＩｉｎｇ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ａ ｎｏｖｅｌ ｎｏｎ—ｏｘｉｄｅ Ｓｏｌ—
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ｆ１１ｍｓ．１９９９．３４９：１８６
［２３］张勤俭，张建华．李敏等用溶睦 凝咬法制备Ａｂ（ｂ滁层 工程陶瓷的表面改眭研究［Ｊ］硅酸盐学报，２０００，２９（５）；
ｃｈｅｍＩｃｄ‰ｒｅ鹋ｅ ｔｒｅ吐眦ｎｔ【Ｊ１】ｂｂ
Ｍａｔ Ｒ∞，１９９６，３２（４）：４０９
［３１］朱立群，刘晨敏，李雪源，等钛溶胶凝腔／有机硅树脂复
合膜层抗高温氧化性能的研究［Ｊ］功能材料，２００ｌ，３２（４）：
４２２
【３２］ＫａｒｔＨｋｅｙａｎ Ｊ，№ｒｎｄＬ【１（：．Ｒｅｄｄｙ ｓ，ｅｔａｌ Ｎ…ｍａｔｅｎａｌ ｄｅ
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Ｓｃｉ ａｎｄ，Ｉｅｃｈ，１９９８，１２：３５
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表明溶胶凝胶涂层的防护性能取决于在加热过程中
对高温特别敏感的涂层微观结构［２－“．因此，设计涂
层工艺和选择合适的溶胶过程对于制备高质量的防 护涂层是必要的．
１．１溶胶的制备
大量的溶胶制备都是采用金屑醇盐作为原料
金属醇盐溶于有机溶剂中，在溶剂和添加剂（催化
剂、水、螯合剂）的共同作用下发生水解和缩聚反映
ｓｏｌｕｔⅥｍｓ
ｐｒ。ｔｅｃ－
Ｎｏ㈣ｒｙｓｔ ｍｎ［Ｊ］Ｊ
ｓ。１１ｄｓ ２０００，２７３：１２４
：２１ｊ愈耐（。梁开明．顾守仁等铜台盎表面溶腔一凝胶涂层抗腐
蚀性能研究［Ｊ］材料保护，２００１，３４（１２）：１２
［２２］Ｍａｓａ】出１ Ｊ，Ｇｌ…ｋ Ｊ，ｚａｂｒ雌ｋ｜Ｊ，ｅｔ ａｌ＿ＩｍｐＴｏｖｅｍｅｎｔｌｎ＂
Ｌｃｋ亡ｒｃｅｒ８ｍ㈣ｔ｛ｎｇｓ ｒａｍｉｃ ｃｏａｔｍ舻［Ｊ］Ｋ掣Ｅ“ｇ Ｍｎｔｅｒ，１９９７．１３２—１３６：１５１９
［２８ＪＢａｒｒｏｗ Ｄ ｓｄ ＧｅＩ ｍｅｔｈⅢｉ ｙｌｅ似ｓ ｔｈ
［Ｊ］Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ＆Ｐｒｏｃ，１９９８．４：３５
［２９］Ｐ ＬｖｅｔｅａｕＩ．一Ｄ，ＧｌｒｏｎａＭＩ，ｓｃ“ａｐｈａｃｈ Ｌ Ｔｈｌｎ州ｍｓ ｏｆ ｃｄｃｊ－
Ｔｅｌ：０２４—２３９１５９１３ Ｅ—ｌｌ：ｎｕｈｕ＠ｌｍｒ．ａｃ．ｃｎ
１溶胶凝胶法制备涂层原理
溶胶凝胶法制备涂层主要有三个步骤：稳定单 分散溶胶的制备，溶胶膜的形成和膜的热处理研究
ｈ幢ｈ【哪砷ｒ舢ｅ Ｇｅ【ｃｏｎｌｎｇ ｆｏｒ
８ｐｐ【１ｃ砒ｌ。ｎ３［』］Ｊ ｓ。【＿Ｇｄ
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腐蚀科学与防护技术．２００１．１３：３３４
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ｔｌｏｎ ｏｆ Ｍｎｄｓ．１９９４，４２：７５
Ｔｈｅｎａ…ｙＳｔａＵｌ㈣ｅｎａ鲥一 ［３６］ｃｚｅｒｗｍｓｋｌ Ｆ ８ｎｄ Ｓｚａｐｕａｒ Ｊ Ａ
为了提高合金的抗高温氧化性能，基体表面制 备涂层是一种经济有效的途径…．涂层材料的制备 方法很多，主要可蚪分为两大类：（１）物理方法，如蒸 镀法、溅射法等；（２）化学方法，如化学气相沉积法 （ｃｖＤ）、喷雾热解法、溶胶凝胶法等．其中溶胶凝胶 法和其他方法相比，有以下优点：（１）设备简单；（２） 容易在大块表面上涂覆涂层；（３）可以获得小尺寸 （纳米级）氧化物颗粒；（４）涂层均匀度高，易制得 多组分均匀氧化物涂层．溶胶凝胶法是一种湿化学 方法，它以金属醇盐为先驱体，配制成垮质溶胶，对 陶瓷、金属等基体进行表面涂覆成膜．
ｆ）∞１ｌ ｓ ｆ…刚ｂｙ Ｄ（：ｐ１㈣ａ印ｒａｙ…ｇ。¨１ｑｕｌｄ［Ｊ］Ｊ Ａｍ ｃｅｒＩ
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［３４］李黄栓．张亚明活性元素对台金高温氧化的作用机制［Ｊ］
４１６
［２４］ｍ｜ｋ Ｍ ａｎｄ Ａｅｇｅｒｔｅｒ Ｍ Ａ ｃｏｒｒｏｓｌｏｎｒｅｓｌｎａｎｔ ｓ０卜Ｇｅｌ ｚ“ｈ
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形成凝胶Ｌ４ Ｊ．溶胶凝胶过程由两个反应组成：
（１）水解反应，金属醇盐Ｍ（０Ｒ）。（ｎ为金属Ｍ
的原子价）与水反应：
Ｍ（ＯＲ）。＋ｎＨ２０＿’Ｍ（ＯＨ）。＋ｎＲＯＨ
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朱明等：溶胶一凝胶高温氧化防护涂层
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１９］Ａｔｍ Ｍ．Ｄｅｊｌ㈣ｅｔ。Ｉ’ａｎｄ Ａｖ。㈦Ｉ【，Ａ，ｄ柚Ｐｒ。ｔｅｃｔｌｏｎ ｏｆ
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第１６卷第１期
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溶胶一凝胶高温氧化防护涂层
朱 明，李美栓，李亚利，周延春
中崮科学院金属研究所，沈阳材料科学国家（联台）实验室，沈阳１１００１６
摘要：溶胶一凝胶方法是一种制备氧化物涂层的简单方法在不同基体卜，采用溶胶一凝胶法可以制各连续的对基 体起保护作用的ｓｉ（）２、Ａ１ｚ她、ｚｒｑ及它们间复合的涂层．本文系统介绍了溶胶凝胶过程的特瓿、原理，着重介绍搭 胶凝胶法制备抗氧化性涂层的工艺过程，分析了该方法存在的缺点，指出未来要解决的问题并简单介绍了一种新 型无氧溶腔一凝胶制备陶瓷涂层技术 关键词：溶胶一凝胶；高温氧化；沫层 中圉分类号：ＴＧｌ７４ ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６４９５（２００４）０ｌ—００３３一０５
［４２］Ｉ—Ｌ Ｙ Ｌ．Ｋｒ。ｋｅ Ｅ，ＫＩｏｎｃ印ｎｓｋｌ Ａ．ｅｔ ８ｌ ｓ”ｔｈ商ｓ ｏｆ ｎｌｏｎｏｄｌ９一
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［４３］Ｂｉｌｌ Ｊ，Ａｌ曲垲盯Ｆ
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ａｎｄ Ｔｅｃｈ，１９９７，８：８５１
［２６］章海滨，梁开明，梅乐夫，等溶胶 凝皎方法制备的蹦五涂 层对低碳钢腐蚀的保护［Ｊ］腐蚀科学与防护技术，２００２．１４：
９２
［２７］Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｊ，Ｙ３ｒＩｇ Ｑ．Ｔ㈣ｙｎ５ⅫＴ ｃ０“岫ｌｔｅ鲥～Ｇｄ ｃｅ—
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ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｈｅｒｅｎｃｅ乱ｒｅｒ培ｔｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｎｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ａｎｄ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ
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表明溶胶凝胶涂层的防护性能取决于在加热过程中
对高温特别敏感的涂层微观结构［２－“．因此，设计涂
层工艺和选择合适的溶胶过程对于制备高质量的防 护涂层是必要的．
１．１溶胶的制备
大量的溶胶制备都是采用金屑醇盐作为原料
金属醇盐溶于有机溶剂中，在溶剂和添加剂（催化
剂、水、螯合剂）的共同作用下发生水解和缩聚反映
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