氮化硼和氧化铝陶瓷绝缘涂层的电泳沉积法制备技术研究

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绝缘材料在电气行业有着广泛应用。随着工况条件逐渐复杂以及需求的多样化,人们对绝缘材料性能的要求也就越来越高。陶瓷材料制备的绝缘涂层具有耐高温、理化性能稳定、附着力良好的特点。本文分别在添加有纳米六方氮化硼(h-BN)和纳米氧化铝(Al2O3)粉体的溶液中,采用电泳沉积法制备出了氮化硼以及氧化铝陶瓷绝缘涂层。采用XRD、SEM、FTIR等分析技术,对所制备陶瓷绝缘涂层的成分和结构进行了表征,研究了所制备陶瓷绝缘涂层与基体的附着力以及绝缘性能,获得了优化制备工艺条件。对相关机理进行了分析。采用DFT方法,构建了不同阳离子和基团在h-BN上的吸附模型,计算了吸附过程的自由能变化。结果表明,在h-BN的硼原子位上,胺基吸附过程的自由能变化可以达到-0.64 eV,说明胺基可以稳定地吸附在h-BN上。在乙醇溶液中添加含氨基的表面活性剂、Ca2+和K+后,h-BN粉体的表面荷电状况研究表明:在pH值为4的条件下,添加含氨基的表面活性剂BMT的h-BN表面荷有正电,并具有最高的ζ电位+38.1 mV。在15~50V的电压范围内,可电泳沉积出结构致密、表面平整的h-BN陶瓷涂层。在磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)溶液中浸渍并热处理后的h-BN陶瓷涂层与基体的附着强度,随Al(H2PO4)3浓度的增加呈先增后降的变化规律。在最佳工艺条件下制备h-BN陶瓷涂层与基体的附着强度可以达到83.9%,击穿电压达到1.22 kV,击穿强度达到0.254 kV/mm。乙醇体系中添加含氨基的表面活性剂BMT后,在pH值为4的条件下纳米Al2O3粉体表面的ζ电位达到+39.6 mV。在40~60V的电压范围内,阴极电泳沉积法制备的Al2O3陶瓷涂层结构致密,表面平整。采用流延法在所制备Al2O3陶瓷涂层表面涂覆Al(H2PO4)3溶液并干燥后退火后,Al2O3陶瓷涂层与基体的附着强度随Al(H2PO4)3浓度的增加呈先增后降的变化规律。最佳工艺条件下制备的Al2O3陶瓷涂层,附着强度达到91.5%,表面阻抗达到187 kΩ/cm~2,具有很好的绝缘性。
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