陶瓷材料表面改性技術(shù)圖書前言

進入21世紀(jì)以來，材料學(xué)被譽為人類科學(xué)的三大支柱之一，隨著空間技術(shù)、光電技術(shù)、紅外技術(shù)、傳感技術(shù)、能源技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展，要求材料必須有耐高溫、抗腐蝕、耐磨等優(yōu)越的性能，才能在比較苛刻的環(huán)境中使用。材料表面處理是材料表面改性和新材料制備的重要手段，材料表面改性是目前材料科學(xué)最活躍的領(lǐng)域之一。通過表面改性可以改善材料表面及近表面區(qū)的形態(tài)、化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)并賦予材料表面新的復(fù)合性能，實現(xiàn)新的工程應(yīng)用。陶瓷材料由于其自身優(yōu)異的性能，成為新材料的發(fā)展中心而受到廣泛關(guān)注：表面改性技術(shù)在陶瓷材料改性方面的應(yīng)用克服了陶瓷的弱點，使陶瓷材料能夠以其優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，在航天、航空、電力、電子、冶金、機械等工業(yè)，甚至現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)于表面改性技術(shù)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(guān)于陶瓷材料表面改性技術(shù)的專著。本書編者利用在教學(xué)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(shù)入手，詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)，如表面涂層法、滲氮、陽極氧化、化學(xué)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(fā)展的新型表面改性技術(shù)，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）、激光表面合金化（laseralloying）、激光化學(xué)氣相沉積（laserCVD）、等離子體輔助化學(xué)氣相沉積（PCVD）、雙層輝光等離子體表面合金化（Xu"_blank" href="/item/結(jié)構(gòu)陶瓷/1962665" data-lemmaid="1962665">結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷等方面詳細(xì)介紹了表面改性技術(shù)在陶瓷材料中的應(yīng)用，最后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(shù)據(jù)、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(jié)題目由曾令可提出思路與設(shè)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(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿、定稿、繪圖等工作。書中引用了一些國內(nèi)外學(xué)者的著作、論文的觀點、論述及成果，在此謹(jǐn)對他們的工作致以深深的謝意。

雖然我們力求把最新的應(yīng)用知識和信息奉獻給讀者，但本書所介紹的內(nèi)容仍難以涵蓋表面改性在陶瓷材料改性中的所有應(yīng)用領(lǐng)域，且由于編者的學(xué)識有限，闡述的內(nèi)容難免有疏漏和不當(dāng)之處，敬請讀者批評指正。

編者

2005年12月

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應(yīng)用的科研人員及技術(shù)工作者參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)材料學(xué)的教學(xué)參考書。

本書還論述了各種表面改性技術(shù)特點，以及在陶瓷材料表面改性技術(shù)中的應(yīng)用，特別是在傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷）、生物陶瓷等方面的應(yīng)用。最后本書還較為系統(tǒng)地介紹了陶瓷材料表面改性的測試與表征方法。

緒論

緒論

傳統(tǒng)表面改性技術(shù)

2.1 表面涂層法

2.1.1 熱噴涂法

2.1.2 冷噴涂法

2.1.3 溶膠凝膠涂層

2.1.4 多弧離子鍍技術(shù)

2.2 離子滲氮技術(shù)

2.2.1 離子滲氮的理論

2.2.2 離子滲氮技術(shù)的主要特點

2.2.3 離子滲氮的設(shè)備和工藝

2.2.4 技術(shù)應(yīng)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后的封閉處理

2.3.4 陽極氧化的應(yīng)用

2.4 氣相沉積法

2.4.1 化學(xué)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(shù)

2.5.1 離子源

2.5.2 技術(shù)方法

2.5.3 應(yīng)用

參考文獻

新型表面改性技術(shù)

3.1 離子注入技術(shù)

3.1.1 離子注入技術(shù)原理

3.1.2 金屬蒸氣真空離子源(MEVVA)技術(shù)

3.1.3 離子注入對陶瓷材料表面力學(xué)性能的影響

3.2 等離子體技術(shù)

3.2.1 脈沖等離子體技術(shù)

3.2.2 等離子體輔助化學(xué)氣相沉積

3.2.3 雙層輝光等離子體表面合金化

3.3 激光技術(shù)

3.3.1 激光表面處理技術(shù)的原理及特點

3.3.2 激光表面合金化

3.3.3 激光化學(xué)氣相沉積

3.3.4 準(zhǔn)分子激光照射技術(shù)

3.4 離子束輔助沉積

3.4.1 基本原理

3.4.2 IBAD設(shè)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(shù)的應(yīng)用

參考文獻

傳統(tǒng)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 抗菌釉的制備方法

4.1.3 影響表面抗菌性能的因素

4.2 陶瓷墻地磚的表面?；?

4.2.1 低溫快燒玻化磚

4.2.2 陶瓷磚復(fù)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 微晶玻璃的應(yīng)用

4.3.4 微晶玻璃的制備與玻璃析晶

4.3.5 主要的微晶玻璃系統(tǒng)

4.3.6 基礎(chǔ)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(jié)合性

4.4 陶瓷表面的金屬化

4.4.1 沉積法

4.4.2 燒結(jié)法

4.4.3 噴涂金屬化法

4.4.4 被銀法（Pd法）

4.4.5 化學(xué)鍍實現(xiàn)陶瓷微粒表面金屬化

4.4.6 雙層輝光離子滲金屬技術(shù)

4.4.7 陶瓷墻地磚表面的鐳射?；男?

4.5 陶瓷表面的蓄光發(fā)光性能

4.5.1 硫化物系列蓄光型發(fā)光材料

4.5.2 鋁酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料及發(fā)光機理

4.5.3 硅酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料及發(fā)光機理

4.5.4 發(fā)光陶瓷釉的制備

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(xiàn)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(zhì)

4.7.2 麥飯石的機理分析

4.7.3 麥飯石健康陶瓷的制備

4.7.4 麥飯石在高溫保健陶瓷中的應(yīng)用

4.8 陶瓷的吸波性能

4.8.1 吸波材料的基本性質(zhì)

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(shù)

5.1 概述

5.2 碳纖維表面改性

5.2.1 氧化處理

5.2.2 表面涂覆處理

5.2.3 等離子體處理

5.2.4 碳纖維的其他表面改性技術(shù)

5.3 碳化硅纖維表面改性

5.3.1 電化學(xué)表面處理

5.3.2 表面涂覆法

5.3.3 電子束輻射技術(shù)

5.4 氮化硅纖維表面改性

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 硅酸鋁陶瓷纖維的改性

5.6.1 最初的用于硅酸鋁陶瓷纖維的涂層

5.6.2 紅外輻射涂層

5.6.3 環(huán)保型的涂層材料

參考文獻

陶瓷粉體表面改性

6.1 概述

6.1.1 根據(jù)粉體表面改性方法的分類

6.1.2 根據(jù)粉體表面改性的工藝分類

6.1.3 根據(jù)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(zhì)作為表面分散劑

6.2.2 偶聯(lián)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表面涂覆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(lián)劑涂覆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(xué)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(xì)粉碎與表面改性劑復(fù)合改性

6.5.4 低溫等離子表面改性碳酸鈣

6.6 碳化硅陶瓷粉體表面改性

6.6.1 Al(OH)3涂覆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 改性后陶瓷微球的性能

6.8 陶粒、膨脹珍珠巖的防水機理

6.8.1 陶粒膨脹珍珠巖的親水機理和憎水機理

6.8.2 陶粒與膨脹珍珠巖的憎水處理工藝

參考文獻

先進陶瓷的表面改性技術(shù)

7.1 氮化鋁陶瓷的表面改性

7.1.1 氮化鋁表面化學(xué)法鍍Ni"para" label-module="para">

7.1.2 融鹽熱歧化反應(yīng)可以成功進行氮化鋁陶瓷表面鈦金屬化

7.1.3 界面反應(yīng)原理

7.1.4 動力學(xué)分析

7.1.5 相應(yīng)的分析手段

7.2 碳化硅陶瓷表面改性

7.2.1 涂層技術(shù)

7.2.2 碳化硅表面涂層的制備方法

7.2.3 等靜壓后處理技術(shù)

7.2.4 碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的表面改性

7.3 冷噴涂法制備PZT陶瓷

7.3.1 冷噴涂技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀

7.3.2 冷噴涂的技術(shù)要求

7.3.3 冷噴涂工藝的重要特征

7.3.4 冷噴涂技術(shù)的實現(xiàn)

7.3.5 冷噴涂技術(shù)制備PZT陶瓷

7.3.6 冷噴涂的工業(yè)化進程

7.4 氧化鋁陶瓷表面改性

7.4.1 涂層技術(shù)

7.4.2 離子注入技術(shù)

7.5 氮化硅陶瓷表面改性

7.5.1 涂層技術(shù)

7.5.2 離子注入技術(shù)

7.5.3 陽離子萃取技術(shù)

7.5.4 氮化硅表面的改性對本身的力學(xué)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(xué)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(zhì)

8.1.1 生物陶瓷基本要求

8.1.2 生物陶瓷體內(nèi)的反應(yīng)過程與反應(yīng)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(fù)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(jié)合性能

8.3.3 材料的力學(xué)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 樣品制備

9.2.3 應(yīng)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 樣品制備

9.3.4 應(yīng)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 樣品制備

9.4.3 應(yīng)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(gòu)造組成及工作原理

9.5.3 樣品制備

9.5.4 應(yīng)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 樣品制備

9.6.4 應(yīng)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 樣品制備

參考文獻2100433B

表面改性設(shè)備可分為干法和濕法兩類。非金屬礦粉常用的干法表面改性設(shè)備是SLG型連續(xù)粉體表面改性機，高速加熱混合機，渦流磨及PSC型粉體表面改性機等。常見的濕法表面改性設(shè)備為可控溫反應(yīng)罐和反應(yīng)釜。

表面改性方法很多。能夠改變粉體表面或界面物理化學(xué)性質(zhì)的方法，如表面有機包覆、液相化學(xué)沉淀包覆、氣相物理沉積，機械力化學(xué)、層狀結(jié)構(gòu)粉體插層等都可稱為表面改性方法。二十一世紀(jì)初工業(yè)上無機粉體表面改性常用的方法主要有表面有機包覆、沉淀反應(yīng)包覆、機械力化學(xué)及復(fù)合法等。

表面有機包覆改性是最常用的無機粉體表面改性方法。這是一種利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學(xué)反應(yīng)對顆粒表面進行改性的方法。所用表面改性劑主要有偶聯(lián)劑(硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸酯、有機絡(luò)合物、磷酸酯等)、高級脂肪酸及其鹽、高級胺鹽、硅油或硅樹脂、有機低聚物及不飽和有機酸、水溶性高分子等。

沉淀反應(yīng)包覆是利用化學(xué)沉淀反應(yīng)將表面改性物沉淀包覆在被改性顆粒表面，是一種“無機/無機包覆”或“無機納米/微米粉體包覆”的粉體表面改性方法或粒子表面修飾方法。粉體表面包覆納米TiO₂、ZnO、CaCO₃等無機物的改性，就是通過沉淀反應(yīng)實現(xiàn)的，如云母粉表面包覆TiO₂制備珠光云母；鈦白粉表面包覆SiO₂和Al₂O₃以及硅藻土和煅燒高嶺土表面包覆納米TiO₂和ZnO；硅灰石粉體表面包覆納米碳酸鈣和納米硅酸鋁。

機械力化學(xué)改性是利用粉體超細(xì)粉碎及其它強烈機械力作用有目的地激活顆粒表面，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜或表面無定形化，增強它與有機物或其他無機物的反應(yīng)活性。機械化學(xué)作用可以提高顆粒表面的吸附和反應(yīng)活性，增強其與有機基質(zhì)或有機表面改性劑的使用。以機械力化學(xué)原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的機械融合技術(shù)，是一種對無機顆粒進行復(fù)合處理或表面改性，如表面復(fù)合、包覆、分散的方法。

插層改性是指利用層狀結(jié)構(gòu)的粉體顆粒晶體層之間結(jié)合力較弱(如分子鍵或范德華鍵)或存在可交換陽離子等特性,通過離子交換反應(yīng)或特性吸附改變粉體性質(zhì)的方法。因此，用于插層改性的粉體一般來說具有層狀晶體結(jié)構(gòu)，如石墨、蒙脫土、蛭石、高嶺土等。

復(fù)合改性是指綜合采用多種方法（物理、化學(xué)和機械等）改變顆粒的表面性質(zhì)以滿足應(yīng)用的需要的改性方法。應(yīng)用的復(fù)合改性方法主要有有機物理/化學(xué)包覆、機械力化學(xué)/有機包覆、無機沉淀反應(yīng)/有機包覆等。

本書以工藝類型為結(jié)構(gòu)主線，系統(tǒng)地介紹了表面改性熱處理工藝技術(shù)及應(yīng)用，包括表面改性熱處理的基本原理、工藝特點和工藝選擇原則、工藝規(guī)范、工藝裝備、質(zhì)量檢驗等方面。重點介紹了各種表面改性熱處理工藝的工藝參數(shù)和處理效果，同時，對近年來一些發(fā)展較快的表面改性熱處理技術(shù)也作了介紹。

本書可供從事表面改性熱處理生產(chǎn)的工程技術(shù)人員、工人參考，也可供相關(guān)專業(yè)在校師生以及研究人中參考。