中国粉体网讯 陶瓷涂料是一种水性无机涂料，通常是以纳米无机化合物为成膜物质、以水为溶剂并且辅以其它填料、助剂等配制而成的一类液体或固体材料。随着水分的挥发，高分子颗粒互相挤压最终交联而成形成涂层，涂层性能与陶瓷相类似，因此被称为陶瓷涂料。
陶瓷涂料最早由20世纪60年代出现的溶胶-凝胶(Sol-Gel)法技术制备出来。溶胶-凝胶工艺最早由德国研究人员提出，涂层是溶胶-凝胶工艺最重要的应用之一。这是因为溶胶-凝胶技术可以在各种基底上且温度相对较低的情况下，利用液体溶液形成三维网络结构的凝胶，形成具有广泛化学成分的固体膜。水性陶瓷涂层具有耐水、耐醇、耐磨、抗划痕性、耐高温的特性，漆膜硬度可达4H-6H。
陶瓷涂料国内外发展现状
国外最早在20世纪60年代，通过低温溶胶-凝胶技术加入氧化硼粉末，成功合成了硼硅酸盐玻璃，溶胶-凝胶技术由此兴起，从而此技术在涂层和纤维方面获得了广泛应用。
1981年，在意大利帕多瓦举行的凝胶玻璃和陶瓷国际会议上出版的几份刊物中见证了溶胶-凝胶的发展。Sakka和Yoko发表了一篇关于截至1992年多种溶胶-凝胶涂层的研究综述，其中介绍了溶胶-凝胶衍生涂层的众多功能，包括导电性、耐腐蚀性、耐磨性和选择性气体渗透屏障等。在1993年，Sakka总结了氧化钛、氧化硅和杂化产品形成涂层和纤维的实际应用。在1997年，Zarzycky回顾了有机-无机杂化材料的研究进展。扎兹奇基发现，有机材料与无机材料的结合会成为新材料的门户。
在2011年，Touzin等人采用溶胶-凝胶法制备了50μm以上的厚涂层。将氧化铝粉末分散在硅溶胶-凝胶溶液中，然后浸在基底上，所获得的涂层具有复合微观结构，其中结晶氧化铝颗粒通过非晶硅相连接，硅基体使涂层与基底具有良好的粘附性。
在2016年，Tlili等人采用溶胶-凝胶法在不锈钢表面上成功制备了氧化铝陶瓷涂层，并研究了氧化铝陶瓷涂层在不锈钢表面的磨损行为。结果表明，采用溶胶-凝胶法制备的氧化铝涂层在硬度和耐磨性方面均优于无涂层不锈钢和传统的氮化物钢。同年，Castanie等人通过脉冲激光沉积技术制备了一种新型的自愈合陶瓷涂层，该涂层由纳米玻璃和硼化钒（VB）交替层组成。实验结果表明，在700℃高温条件下，VB氧化形成五氧化二钒和三氧化二硼。当陶瓷涂层出现裂纹时，五氧化二钒和三氧化二硼能够促使涂层可以实现自愈合。
在2018年，Zanurin等人用酸性或碱性催化剂在水中水解制备了锆溶胶-凝胶，然后通过脱水缩合过程得到Zr-O-Zr聚合物，该聚合物在剩余的有机基团热解后形成凝胶二氧化锆陶瓷。通过观察涂层450℃退火处理后的形态、组成发现，退火的氧化锆涂层透明度较高、具有均匀和无孔的表面。
在2020年，Maminskas等人将石墨烯作为氧化铝溶胶-凝胶添加剂，使用浸镀法将涂层沉积在不锈钢基底上。研究结果表明，将石墨烯作为固体润滑剂，显著地减少了涂层的摩擦伤害。
随着国外陶瓷涂料的发展和推广，国内对陶瓷涂料的研究也逐步深入。在2013年，Li等人介绍了竹状碳化硅纳米线对硅铬涂层的增韧作用，竹状碳化硅纳米线的节点与基底机械联锁，抑制了涂层结构的穿透性微裂纹。与普通的碳化硅纳米线相比，其赋予了涂层更好的韧性。
在2014年，Cai等人将正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷作为前驱体，通过两步溶胶－凝胶法得到了具有低折射率和防潮性能的疏水性抗反射涂料。在2018年，Liu等人制备了不同Ag含量的氮化硅基复合涂料，并研究了Ag在氮化硅涂料中的增韧作用。结果表明，Ag的塑性变形和裂纹桥接增强了氮化硅陶瓷涂层的韧性。
在2019年，Xu等分析了改性多壁碳纳米管（MWCNTS）对化学粘结磷酸盐陶瓷涂层的腐蚀机理。他们在3.5wt%氯化钠溶液中进行的电化学实验，实验结果表明，随着MWCNTS含量的增加，界面涂层电阻和电荷转移阻力也随之的增加，腐蚀电流密度降低，保护效率从先前的20.98%提高到94.06%。
在2019年，Zhu等通过分子动力学模拟研究了TiSiN/Ag多层陶瓷涂层在高温下的自愈合机理。在高温的驱动下，Ag的快速扩散促进了微裂纹的自愈合，从而提高了涂层的保护能力。此外，电化学腐蚀试验表明，固化后的TiSiN/Ag涂层的耐腐蚀性与原沉积涂层相似。
陶瓷涂料的分类
陶瓷涂料因其成膜物质的不同可以分为：硅酸盐涂料、磷酸盐涂料、硅溶胶涂料等。
硅酸盐涂料
硅酸盐水性无机涂料是由硅酸盐作为粘结剂，并加入各种填料、助剂、固化剂配制而成。硅酸盐水性无机涂料的粘结剂为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂等硅酸盐类，硅酸盐的化学式为：R2O·nSiO2，式中R为金属原子，n代表硅酸盐模数n=SiO2/R2O（摩尔比）。硅酸盐的模数越大，Si含量越多，硅酸盐粘度和粘结力越大，易实现自固化，同时固化后的硅酸盐耐水性也越强。
磷酸盐涂料
磷酸盐涂料是一种在磷酸盐粘结剂中添加金属及金属氧化物填料而形成的涂料。磷酸盐通式为MmOnxP2O5yH2O，式中M为金属原子，m和n分别为正整数，x、y为正实数，M/P（金属/磷原子比）一般维持在0.25-1之内，M/P的数值对涂料的贮藏稳定性、与底材的附着力、耐水性和耐腐蚀性等性能都有直接的影响。
磷酸盐涂料具有良好耐磨损性能、耐燃性能、优异的金属附着力、较高的粘结强度、优异的防腐性能、较好的耐水性以及耐油污性能等优点，在石油天然气管道运输、航空、航海等领域得到了广泛的应用。磷酸盐粘合剂凝结速度快、稳定性好、附着力强度高、耐高温。涂料中不含有VOC等有害物质，而且制备过程简单，便于涂刷。为了提高防腐效果，常在涂料中加入防腐颜料。然而，一些防腐颜料中含有重金属，如红铅和锌铬黄，可能会对环境和人体造成危害。因此，现今已经研究了一些替代的、环境友好的防腐颜料，如纳米复合钛铁、磷酸锌、磷酸钙、磷酸铝、磷酸锆和三聚磷酸铝。值得一提的是，使用三聚磷酸铝颜料可以制备具有优异防腐性能的磷酸钙无机涂层，该颜料在环氧树脂和丙烯酸涂料等有机涂层中表现出很强的防腐性能。
硅溶胶涂料
硅溶胶涂料是以胶体二氧化硅水分散溶液为粘结剂，混以颜料、填料、助剂搅拌分散而成的一种无机涂料。硅溶胶是一种纳米粒径的二氧化硅悬浮液。由于溶胶中颗粒的表面电荷稳定，溶剂蒸发（溶剂蒸发在很大程度上受温度和湿度等大气条件的控制）后，溶胶可转化为凝胶。
硅溶胶在与基材的表面进行交联和固化后，涂层的表面是由Si-O-Si键所构成，Si-O键能很大，因此硅溶胶涂料的刚性强，涂料所构成的膜致密、坚韧、硬度高、耐磨性能好。但在凝胶化过程中，作用在薄膜内的内聚力会导致溶胶颗粒和基底表面之间的键收缩。拉应力的大小取决于涂层的厚度，涂层太厚或是太薄都会损坏已形成的涂层。Saeidabadi等人使用水合硝酸铝和正硅酸乙酯，采用溶胶-凝胶法在基体表面进行涂覆，合成了混合莫来石前体溶胶。通过DTA和XRD分析研究了莫来石转化过程，莫来石在1200℃左右形成。这种莫来石涂层显著提高了涂层的力学性能和耐水润湿性。
资料来源：
隋玮红：水性纳米陶瓷涂料的制备及其性能研究，青岛科技大学
（中国粉体网编辑整理/平安）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
