摘 要：等离子喷涂陶瓷涂层的等离子喷涂组织结构、工艺特点以及陶瓷涂层在各领域中的应用，介绍了目前常用的等离子喷涂陶瓷材料，并对等离子喷涂陶瓷涂层的形成机理分析。
关键词：等离子喷涂；陶瓷材料；涂层
先进陶瓷由于具有了耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、无污染等特性，成为了新材料的发展中心，受到广泛关注。但由于陶瓷材料总含有或多或少的玻璃相和气孔，加之许多陶瓷材料具有多种晶体结构，因而其塑性变形能力差，抗热震和抗疲劳性能差。对应力集中和裂纹敏感、质脆成为陶瓷材料的致命弱点。另外陶瓷材料制备困难、价格昂贵，因而影响了其在工业生产中的应用，而等离子喷涂技术可以很好的解决这一难题。
根据等离子焰流为热源，将金属或非金属加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其吹成微小颗粒，喷射到经过处理的工件表面，形成牢固的覆盖层，来满足不同工况的需求的一种技术。根据电离介质的不同，等离子喷涂可以分为气体稳定等离子喷涂和液体稳定等离子喷涂两大类。较常用的是气体稳定等离子喷涂。气体稳定等离子喷涂产生等离子体和等离子弧的原理如下：正常状态下原子呈中性，气体在常温下是不导电的。但当外界通过某种方式给予气体分子或原子以足够能量时，就可使电子脱离原子而成为自由电子，而使分子或原子成为带电的离子，产生了电离。电场维持强烈的电离，并形成弧光放電，即产生了电弧。这种整体上呈中性、充满着数量相等的正负离子的电离气体称为等离子体。
陶瓷材料多具有离子键和共价键结构，键能高，原子间结合力强，表面自由能低，原子间距小，堆积致密，无自由电子运动。这些特性赋予了陶瓷材料高熔点，高硬度、高化学稳定性、高绝缘绝热能力、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明特征。由于陶瓷粉末的熔点比较高，火焰喷涂因受到火焰最高温度的限制，因此，采用等离子喷涂排除了材料熔点的限制，只要在高温等离子射流中可熔融的材料，几乎都可用于喷涂。
Al₂O₃纯氧化铝涂层呈白色，硬度高，磨擦系数低，化学性能稳定。白刚玉能抵抗NaOH、NaCO3、Al、Fe及玻璃的作用。氧化铝涂层还具有耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化、绝缘等特性。纯氧化铝涂层质脆，与基体的结合强度低。当氧化铝中固溶有少量氧化钛时，略呈绿灰这种涂层的韧性和抗冲击性能比纯氧化铝涂层高，与基体的结合强度高，其耐磨性能也比较好，但耐热性能比纯氧化铝涂层稍差些。
ZrO2热导率低、热稳定性好（部分稳定ZrO2）及高温蠕变小是ZrO2陶瓷的主要特征，所以ZrO2陶瓷是理想的高温隔热及结构材料。ZrO2陶瓷还具有极好的耐磨性，此外，ZrO2陶瓷化学性能稳定，还与多数熔融金属不浸润。热障涂层、绝热涂层、耐熔融金属侵蚀涂层及耐高温腐蚀涂层。
MgO2氧化镁具有优异的耐高温性能，且其热导性好，高温电阻率高，是很好的高温绝缘体，热膨胀系数与钢铁基体的热膨胀系数比较接近，常用做电加热器的耐高温、绝缘、导热填料。将MgO粉末与5%～10%的铝铬磷酸盐玻璃料或硅酸钠玻璃料混合，经1500e煅烧后破碎，筛分成喷涂粉末，能有效的抑制喷涂时MgO的蒸发，等离子喷涂能获得显气孔率仅为3%～5%的优质涂层。
SiC 纯SiC是电绝缘体，但当含有杂质时，电阻率大幅度下降，因此是常用的发热元件材料和非线性压敏电阻材料。SiC硬度很高且长期以来被用作耐火材料和热交换器。SiC粉末可以用等离子喷涂用作耐高温、抗氧化涂层、耐热磨损涂层、耐蚀涂层、抗熔融金属侵蚀涂层。
B4C 碳化硼具有超硬、高熔点、密度低等一系列的优良物理化学性能，具有很好的化学稳定性，能抵抗酸、碱腐蚀，并且不与大多数熔融金属润湿和发生作用，因此碳化硼又是优良的抗腐蚀材料，用于制造耐酸、碱零件。碳化硼还可用作耐磨损和耐热制品，如作陀螺仪的气浮轴承材料。碳化硼常用作耐磨料磨损涂层、耐热磨损涂层、中子吸收涂层。
通过等离子喷涂技术与先进陶瓷材料的完美结合，使得这项技术开始在国内得到广泛的应用。这对于提高我国企业的科技含量、市场竞争力以及经济社会的节能降耗，都具有重大的意义。
参考文献：
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作者简介：
季创（1982- ），男，工程师，主要致力于热障涂层、高发射率涂层等特种涂层热喷涂工艺的研究。