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陶瓷加热辊相对于传统的油、水和蒸汽加热辊具有加热均匀、控温容易、减少设备维修费用和停工时间、节能降耗、操作安全并且能获得与高成本的感应加热辊相同的性能。陶瓷加热辊在整个行业的推广使用有可能提高全行业的生产率,降低成本,并大量节省能耗。美国只有如American Roller Company的个别公司在研究开发,国内尚无相关的研究。本文设计了陶瓷涂层加热体系,采用9M等离子喷涂设备成功制备了TiO2作为加热层、Al 2 O3作为绝缘层的陶瓷加热辊。通过调整喷涂过程中的氢气流量、喷涂电流、涂层厚度和热处理温度来研究TiO2涂层的导电性的影响因素,并运用光学显微镜(OM)、X-射线衍射仪(XRD)、X射线光电子谱(XPS)等测试手段分析了涂层中的微观组织结构、相结构和表面化学态,综合评价了等离子喷涂TiO2涂层的导电机理。同时采用了通电加热的方法研究了TiO2陶瓷加热辊的电热性能及失效模式。本论文的主要成果如下:(1)设计了陶瓷涂层加热体系并采用9M等离子喷涂设备研制出了实验室可以通电加热到最高接近400℃,在低温下(150℃)持续通电的陶瓷涂层加热辊。为新型、高效、节能的陶瓷涂层电加热辊的应用提供了指导。(2)系统研究了喷涂过程中氢气流量、喷涂电流、涂层厚度以及后热处理对TiO2涂层导电性能的影响规律,从而得出氢气流量是影响TiO2涂层导电性能的主要因素。随着氢气流量的增加,涂层的导电率增加;喷涂电流对涂层导电性有一定影响,试验条件下电流为500A时TiO2涂层的电导率最大;随着厚度增加涂层的导电率降低。三者的影响都在一定范围内较显著。高温的后热处理会显著降低涂层的导电率。(3)分析得到等离子喷涂TiO2涂层电阻率与温度呈指数式的关系。TiO2的n型半导体特性是因为喷涂过程中产生了点缺陷,生成了还原性化合物TiO2-X。F-色心的生成会导致涂层颜色变深。(4)通过对加热辊低温(150℃)加热,获得了试验条件下不同氢气流量制备的加热辊150℃以下达到预定加热温度所需功率。并通过加热的连续性、波动性和重复性证明了等离子喷涂TiO2涂层低温加热的稳定性。通过失效现象分析证明了陶瓷涂层加热辊的失效类型和失效机制。