專利名稱：納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明敘述了一種納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜的制備方法。
納米金屬-陶瓷復(fù)合薄膜作為一種新型的功能材料，由于其在催化劑、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、摩擦學(xué)等眾多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，近年來(lái)已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視。納米金屬-陶瓷復(fù)合薄膜的制備技術(shù)有射頻濺射、離子注入和溶膠-凝膠法等。溶膠-凝膠法由于可以達(dá)到分子水平的一致性，可在不同的陶瓷基體中填充多種的金屬，并具有熱處理溫度相對(duì)低以及工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是目前最有效的制膜技術(shù)之一。
然而，金屬-氧化物前驅(qū)體溶膠-凝膠體系較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，嚴(yán)重限制了納米金屬-陶瓷復(fù)合薄膜的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。通過(guò)對(duì)氧化物起始原料功能化或者對(duì)金離子配位，溶膠-凝膠體系的穩(wěn)定性一般也僅有10天左右，且金屬的添加量一般小于10mol％。
本發(fā)明的目的在于提供一種納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜的制備方法。
本發(fā)明的制備方法依次包括以下步驟
(1)將異丙醇鋁、鈦酸四丁酯、結(jié)晶氯化氧鋯、硅酸乙酯、無(wú)水六氯化鎢的其中一種溶解于無(wú)水乙醇或異丙醇中，并加入的穩(wěn)定劑，滴加濃鹽酸或濃硝酸調(diào)節(jié)PH＝1～4，陳化，獲得相應(yīng)的氧化物前驅(qū)體溶膠液；(2)配制氯金酸的乙醇或異丙醇溶液；(3)將氯金酸溶液慢慢滴加到氧化物前驅(qū)體溶膠液中，室溫下攪拌1～10小時(shí)，放置，獲得金-氧化物前驅(qū)體溶膠；(4)將制得的溶膠用浸漬-提拉法在載玻片、石英玻璃和單晶硅底材上制備溶膠薄膜，制膜溫度15～25℃，相對(duì)濕度40～60％，控制提拉速度10～90cm/min獲得溶膠薄膜；(5)溶膠薄膜在空氣中室溫～70℃干燥，然后加熱至200～700℃并保溫，最后在爐中自然冷卻至室溫，獲得納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜。
本發(fā)明所涉及的穩(wěn)定劑是乙酰丙酮，其添加量是氧化物前驅(qū)體的摩爾量的1～2倍。
本發(fā)明金的添加量是氧化物前驅(qū)體的2.5～15％mol。
本發(fā)明所涉及的納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜中，金以納米核的形式均勻、不連續(xù)分散，金粒子的直徑為13～30nm。
本發(fā)明所涉及的納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜為電的不良導(dǎo)體。
本發(fā)明所涉及的納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜在可見(jiàn)光區(qū)有光學(xué)吸收，可用作光學(xué)薄膜材料。所用的實(shí)驗(yàn)方法如下光學(xué)吸收在Carlzeiss Jena紫外-可見(jiàn)光譜計(jì)上測(cè)量，掃描范圍320～800nm，以無(wú)涂敷的玻璃作參比。以納米金-二氧化鈦復(fù)合薄膜為例說(shuō)明。由于金納米粒子的表面等離子體振蕩激發(fā)，導(dǎo)致納米金填充的二氧化鈦復(fù)合薄膜在可見(jiàn)光區(qū)顯示出較強(qiáng)的吸收。不同熱處理溫度(100～500℃)的光學(xué)吸收譜圖表明，隨著熱處理溫度升高，吸收峰的最大強(qiáng)度增大，吸收峰位置先紅移400℃后藍(lán)移，500℃時(shí)吸收峰波長(zhǎng)為580nm。
本發(fā)明所涉及的納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜具有良好的摩擦學(xué)性能，可以用作減摩、抗磨保護(hù)性涂層。采用的試驗(yàn)方法如下摩擦磨損試驗(yàn)在日本協(xié)和株式會(huì)社生產(chǎn)的動(dòng)靜摩擦系數(shù)測(cè)定儀上進(jìn)行?；瑒?dòng)速度90mm·min-1，單向往復(fù)行程為9mm，法向負(fù)荷為1N。當(dāng)摩擦系數(shù)升至0.7時(shí)認(rèn)為薄膜已穿破，以此時(shí)所經(jīng)歷的滑動(dòng)循環(huán)次數(shù)表示薄膜的耐磨壽命。對(duì)偶件選用φ3 GCr15鋼球。1N負(fù)荷下，不同填充量的金-二氧化鈦與GCr15鋼摩擦摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，在5mol％的添加時(shí)，復(fù)合陶瓷薄膜表現(xiàn)出最好的摩擦學(xué)性能即摩擦系數(shù)為0.10，抗磨壽命為2100滑動(dòng)周次，這是因?yàn)檐浗饘俳鹁哂械偷募羟袕?qiáng)度，在發(fā)生摩擦?xí)r會(huì)在對(duì)偶材料表面形成轉(zhuǎn)移膜，使摩擦發(fā)生在轉(zhuǎn)移膜與軟金屬之間，從而降低摩擦系數(shù)，減少磨損。但隨著添加量的增加，復(fù)合薄膜的承載能力、均勻、致密性降低，其摩擦學(xué)性能有所下降。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)(1)制備工藝簡(jiǎn)單，溶膠的穩(wěn)定性好，金填充量易于控制；(2)復(fù)合薄膜致密、均勻，表面相對(duì)粗糙度低；(3)復(fù)合薄膜的光學(xué)吸收強(qiáng)；(4)復(fù)合薄膜抗磨減摩性能好，抗氧化腐蝕能力強(qiáng)。
為了更好地理解本發(fā)明，通過(guò)實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明
(4)用浸漬-提拉法在載玻片、石英玻璃和單晶硅底材上制備溶膠薄膜，制膜溫度15～25℃，相對(duì)濕度40～60％，提拉速度42.4cm/min；(5)溶膠薄膜在空氣中室溫～70℃干燥，然后加熱至200～700℃并保溫，最后在爐中自然冷卻至室溫，獲得藍(lán)色納米金填充二氧化鈦復(fù)合陶瓷薄膜。
權(quán)利要求
1.一種納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜的制備方法，其特征在于依次包括以下步驟(1)將異丙醇鋁、鈦酸四丁酯、結(jié)晶氯化氧鋯、硅酸乙酯、無(wú)水六氯化鎢的其中一種溶解于無(wú)水乙醇或異丙醇中，并加入的穩(wěn)定劑，滴加濃鹽酸或濃硝酸調(diào)節(jié)PH＝1～4，老化，獲得相應(yīng)的氧化物前驅(qū)體溶膠液；(2)配制氯金酸的乙醇或異丙醇溶液；(3)將氯金酸溶液慢慢滴加到氧化物溶膠中，室溫下攪拌1～10小時(shí)，放置，獲得金-氧化物前驅(qū)體溶膠；(4)將制得的溶膠用浸漬-提拉法在載玻片、石英玻璃和單晶硅底材上制備溶膠薄膜，制膜溫度15～25℃，相對(duì)濕度40～60％，控制提拉速度10～90cm/min獲得溶膠薄膜；(5)溶膠薄膜在空氣中室溫～70℃干燥，然后加熱至200～700℃并保溫，最后在爐中自然冷卻至室溫，獲得納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜的制備方法，其特征在于穩(wěn)定劑是乙酰丙酮，其添加量是氧化物前驅(qū)體的摩爾量的1～2倍。
3.如權(quán)利要求1所述的納米金填充氧化物復(fù)合陶瓷薄膜的制備方法，其特征在于金添加量2.5～15mol％。
全文摘要
用溶膠－凝膠方法制備了一種納米金填充的氧化物復(fù)合陶瓷薄膜材料。本方法合成工藝簡(jiǎn)單、溶膠的穩(wěn)定性強(qiáng)、金填充量易于控制。所制備的復(fù)合陶瓷薄膜中，金以納米核的形式均勻、不連續(xù)分散，金粒子的直徑為13～30nm。該類復(fù)合陶瓷薄膜可用作光學(xué)薄膜或特殊工況條件下(如高真空、原子氧、強(qiáng)輻射、強(qiáng)腐蝕等)的減摩抗磨涂層。
文檔編號(hào)C04B35/622GK1398822SQ0112441
公開(kāi)日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2001年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月25日
發(fā)明者陳云霞, 劉維民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所