陶瓷材料表面改性技術

《陶瓷材料表面改性技術》是曾令可編寫，由化學工業出版社出版的書籍。該書較全面地敘述了表面改性技術的發展套用，包括傳統的表面改性技術如表面塗層法、滲氮、陽極氧化、化學氣相沉積、物理氣相沉積、離子束濺射沉積等，新型表面改性技術（如金屬蒸氣真空弧離子源離子注入、離子束增強/輔助沉積、等離子源離子注入、雷射表面合金化、雷射化學氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積、雙層輝光電漿表面合金化等）。

基本介紹

• 書名：陶瓷材料表面改性技術
• 作者：曾令可
• ISBN：7-5025-8194-4
• 出版社：化學工業出版社

內容簡介

本書還論述了各種表面改性技術特點，以及在陶瓷材料表面改性技術中的套用，特別是在傳統陶瓷表面改性方面，包括陶瓷纖維、陶瓷粉體、先進陶瓷（包括結構陶瓷和功能陶瓷）、生物陶瓷等方面的套用。最後本書還較為系統地介紹了陶瓷材料表面改性的測試與表征方法。

讀者對象

本書可供從事材料表面改性研究，特別是陶瓷材料表面改性研究與開拓套用的科研人員及技術工作者參考，也可作為高等院校相關專業材料學的教學參考書。

前言

進入21世紀以來，材料學被譽為人類科學的三大支柱之一，隨著空間技術、光電技術、紅外技術、感測技術、能源技術等新技術的出現、發展，要求材料必須有耐高溫、抗腐蝕、耐磨等優越的性能，才能在比較苛刻的環境中使用。材料表面處理是材料表面改性和新材料製備的重要手段，材料表面改性是目前材料科學最活躍的領域之一。通過表面改性可以改善材料表面及近表面區的形態、化學組成、組織結構並賦予材料表面新的複合性能，實現新的工程套用。陶瓷材料由於其自身優異的性能，成為新材料的發展中心而受到廣泛關註：表面改性技術在陶瓷材料改性方面的套用克服了陶瓷的弱點，使陶瓷材料能夠以其優良的物理、化學性能，在航天、航空、電力、電子、冶金、機械等工業，甚至現代生物醫學中得到廣泛套用。

關於表面改性技術方面的科技書籍已有不少，但是目前還沒有一本專門介紹關於陶瓷材料表面改性技術的專著。本書編者利用在教學科研實踐工作中積累的資料，編寫此書。本書從材料表面改性技術入手，詳細介紹了傳統的表面改性技術，如表面塗層法、滲氮、陽極氧化、化學氣相沉積、物理氣相沉積、離子束濺射沉積等；以及近幾十年來發展的新型表面改性技術，如金屬蒸氣真空弧離子源離子注入（MEVVA）、離子束增強/輔助沉積（IBED/IBAD）、等離子源離子注入（PSⅡ/PⅢ）、雷射表面合金化（laseralloying）、雷射化學氣相沉積（laserCVD）、電漿輔助化學氣相沉積（PCVD）、雙層輝光電漿表面合金化（Xu?Tec）等；接下來便從傳統陶瓷的表面改性、陶瓷纖維、陶瓷粉體、結構陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷等方面詳細介紹了表面改性技術在陶瓷材料中的套用，最後介紹了陶瓷材料表面改性測試與表征方法。全書給出了大量實驗數據、實驗分析、圖表，使讀者能更加形象地理解表面改性在陶瓷材料改性方面的作用。

本書總體章節題目由曾令可提出思路與構想。第1、6、7章由王慧撰寫；第2章由侯來廣、王慧撰寫；第3章由李萍、王慧撰寫；第4章由曾令可、任雪譚撰寫；第5章由盛文彥、曾令可撰寫；第8章由曾令可、鄧偉強撰寫；第9章由劉平安撰寫。曾令可、王慧負責全書統稿、定稿、繪圖等工作。書中引用了一些國內外學者的著作、論文的觀點、論述及成果，在此謹對他們的工作致以深深的謝意。

雖然我們力求把最新的套用知識和信息奉獻給讀者，但本書所介紹的內容仍難以涵蓋表面改性在陶瓷材料改性中的所有套用領域，且由於編者的學識有限，闡述的內容難免有疏漏和不當之處，敬請讀者批評指正。

編者

2005年12月

目錄

緒論

緒論

傳統表面改性技術

2.1 表面塗層法

2.1.1 熱噴塗法

2.1.2 冷噴塗法

2.1.3 溶膠凝膠塗層

2.1.4 多弧離子鍍技術

2.2 離子滲氮技術

2.2.1 離子滲氮的理論

2.2.2 離子滲氮技術的主要特點

2.2.3 離子滲氮的設備和工藝

2.2.4 技術套用

2.3 陽極氧化

2.3.1 鋁和鋁合金的陽極氧化

2.3.2 鋁和鋁合金的特種陽極氧化

2.3.3 鋁和鋁合金陽極氧化後的封閉處理

2.3.4 陽極氧化的套用

2.4 氣相沉積法

2.4.1 化學氣相沉積

2.4.2 物理氣相沉積法

2.5 離子束濺射沉積技術

2.5.1 離子源

2.5.2 技術方法

2.5.3 套用

參考文獻

新型表面改性技術

3.1 離子注入技術

3.1.1 離子注入技術原理

3.1.2 金屬蒸氣真空離子源(MEVVA)技術

3.1.3 離子注入對陶瓷材料表面力學性能的影響

3.2 電漿技術

3.2.1 脈衝電漿技術

3.2.2 電漿輔助化學氣相沉積

3.2.3 雙層輝光電漿表面合金化

3.3 雷射技術

3.3.1 雷射表面處理技術的原理及特點

3.3.2 雷射表面合金化

3.3.3 雷射化學氣相沉積

3.3.4 準分子雷射照射技術

3.4 離子束輔助沉積

3.4.1 基本原理

3.4.2 IBAD設備簡介

3.4.3 IBAD工藝類型與特點

3.4.4 IBAD過程的影響因素

3.4.5 IBAD技術的套用

參考文獻

傳統陶瓷的表面裝飾及改性

4.1 陶瓷表面的抗菌自潔性能

4.1.1 抗菌劑種類及其抗菌機理

4.1.2 抗菌釉的製備方法

4.1.3 影響表面抗菌性能的因素

4.2 陶瓷牆地磚的表面玻化

4.2.1 低溫快燒玻化磚

4.2.2 陶瓷磚複合微晶化表面改性

4.2.3 陶瓷磚的表面滲花

4.2.4 拋光磚的表面防污性能

4.3 陶瓷磚的表面微晶化

4.3.1 微晶玻璃的概念

4.3.2 微晶玻璃的特性

4.3.3 微晶玻璃的套用

4.3.4 微晶玻璃的製備與玻璃析晶

4.3.5 主要的微晶玻璃系統

4.3.6 基礎玻璃熱處理過程

4.3.7 晶核劑的作用機理

4.3.8 微晶玻璃與陶瓷基板的結合性

4.4 陶瓷表面的金屬化

4.4.1 沉積法

4.4.2 燒結法

4.4.3 噴塗金屬化法

4.4.4 被銀法（Pd法）

4.4.5 化學鍍實現陶瓷微粒表面金屬化

4.4.6 雙層輝光離子滲金屬技術

4.4.7 陶瓷牆地磚表面的鐳射玻化改性

4.5 陶瓷表面的蓄光發光性能

4.5.1 硫化物系列蓄光型發光材料

4.5.2 鋁酸鹽體系蓄光型發光材料及發光機理

4.5.3 矽酸鹽體系蓄光型發光材料及發光機理

4.5.4 發光陶瓷釉的製備

4.6 陶瓷表面的抗靜電性能

4.6.1 抗靜電原理

4.6.2 抗靜電陶瓷

4.6.3 研究現狀及展望

4.7 麥飯石在健康陶瓷表面改性中的功用

4.7.1 麥飯石的基本性質

4.7.2 麥飯石的機理分析

4.7.3 麥飯石健康陶瓷的製備

4.7.4 麥飯石在高溫保健陶瓷中的套用

4.8 陶瓷的吸波性能

4.8.1 吸波材料的基本性質

4.8.2 納米吸波材料的吸波機理

4.8.3 納米吸波材料的研究進展

參考文獻

陶瓷纖維表面改性技術

5.1 概述

5.2 碳纖維表面改性

5.2.1 氧化處理

5.2.2 表面塗覆處理

5.2.3 電漿處理

5.2.4 碳纖維的其他表面改性技術

5.3 碳化矽纖維表面改性

5.3.1 電化學表面處理

5.3.2 表面塗覆法

5.3.3 電子束輻射技術

5.4 氮化矽纖維表面改性

5.5 玻璃纖維表面改性

5.5.1 玻璃纖維的表面處理方法

5.5.2 光催化型玻璃纖維

5.5.3 抗靜電玻璃纖維

5.6 矽酸鋁陶瓷纖維的改性

5.6.1 最初的用於矽酸鋁陶瓷纖維的塗層

5.6.2 紅外輻射塗層

5.6.3 環保型的塗層材料

參考文獻

陶瓷粉體表面改性

6.1 概述

6.1.1 根據粉體表面改性方法的分類

6.1.2 根據粉體表面改性的工藝分類

6.1.3 根據粉體表面改性劑的分類

6.2 Si3N4陶瓷粉體表面改性

6.2.1 聚電解質作為表面分散劑

6.2.2 偶聯劑對Si3N4粒子的表面改性

6.2.3 Si3N4顆粒表面烷基化

6.2.4 Si3N4表面塗覆Al(OH)3

6.3 Al2O3陶瓷粉體表面改性

6.3.1 有機羧酸改性Al2O3粉體

6.3.2 偶聯劑塗覆Al2O3粉體

6.3.3 納米氮化硼包覆Al2O3粉體

6.3.4 Y2O3包覆Al2O3粉體

6.4 TiO2粉體表面改性

6.4.1 TiO2無機包覆處理改性

6.4.2 TiO2有機包覆處理改性

6.4.3 機械力化學改性TiO2粉體

6.5 碳酸鈣粉體表面改性

6.5.1 無機改性劑

6.5.2 有機改性劑

6.5.3 超細粉碎與表面改性劑複合改性

6.5.4 低溫等離子表面改性碳酸鈣

6.6 碳化矽陶瓷粉體表面改性

6.6.1 Al(OH)3塗覆SiC粉體

6.6.2 聚合物表面接枝

6.7 陶瓷微球表面的改性

6.7.1 陶瓷微球改性工藝

6.7.2 改性後陶瓷微球的性能

6.8 陶粒、膨脹珍珠岩的防水機理

6.8.1 陶粒膨脹珍珠岩的親水機理和憎水機理

6.8.2 陶粒與膨脹珍珠岩的憎水處理工藝

參考文獻

先進陶瓷的表面改性技術

7.1 氮化鋁陶瓷的表面改性

7.1.1 氮化鋁表面化學法鍍Ni?P合金

7.1.2 融鹽熱歧化反應可以成功進行氮化鋁陶瓷表面鈦金屬化

7.1.3 界面反應原理

7.1.4 動力學分析

7.1.5 相應的分析手段

7.2 碳化矽陶瓷表面改性

7.2.1 塗層技術

7.2.2 碳化矽表面塗層的製備方法

7.2.3 等靜壓後處理技術

7.2.4 碳化矽陶瓷基複合材料的表面改性

7.3 冷噴塗法製備PZT陶瓷

7.3.1 冷噴塗技術的產生和發展現狀

7.3.2 冷噴塗的技術要求

7.3.3 冷噴塗工藝的重要特徵

7.3.4 冷噴塗技術的實現

7.3.5 冷噴塗技術製備PZT陶瓷

7.3.6 冷噴塗的工業化進程

7.4 氧化鋁陶瓷表面改性

7.4.1 塗層技術

7.4.2 離子注入技術

7.5 氮化矽陶瓷表面改性

7.5.1 塗層技術

7.5.2 離子注入技術

7.5.3 陽離子萃取技術

7.5.4 氮化矽表面的改性對本身的力學性能的影響

7.6 氧化鋯陶瓷表面改性

7.6.1 離子注入ZrO2陶瓷

7.6.2 ZrO2陶瓷表面化學鍍

參考文獻

8生物陶瓷的表面改性

8.1 生物陶瓷的基本性質

8.1.1 生物陶瓷基本要求

8.1.2 生物陶瓷體內的反應過程與反應機理

8.2 生物陶瓷的分類

8.2.1 惰性生物陶瓷

8.2.2 生物活性陶瓷

8.3 生物陶瓷改性的方法

8.3.1 生物陶瓷骨修復材料的缺陷

8.3.2 提高生物陶瓷材料的表面與整體活性，增強局部骨的生長與結合性能

8.3.3 材料的力學性能的提高

8.4 展望

參考文獻

陶瓷表面改性的測試與表征

9.1 概述

9.2 紅外光譜

9.2.1 紅外光譜儀

9.2.2 樣品製備

9.2.3 套用

9.3 掃描電子顯微鏡

9.3.1 二次電子像

9.3.2 背反射電子像

9.3.3 樣品製備

9.3.4 套用

9.4 原子力顯微鏡

9.4.1 原子力顯微鏡的工作原理

9.4.2 樣品製備

9.4.3 套用

9.5 X射線衍射

9.5.1 X射線衍射方程

9.5.2 X衍射儀的構造組成及工作原理

9.5.3 樣品製備

9.5.4 套用

9.6 X射線光電子能譜(XPS)

9.6.1 X射線光電子能譜(XPS)儀

9.6.2 光電子能譜法的基本原理

9.6.3 樣品製備

9.6.4 套用

9.7 拉曼散射

9.7.1 拉曼光譜的特點

9.7.2 拉曼光譜原理

9.7.3 拉曼光譜分析

9.7.4 樣品製備

參考文獻