Коричневый электрокорунд с иридиевым покрытием – это специально модифицированный корундовый материал. Принцип его производства сочетает в себе приготовление коричневого электрокорунда с технологией нанесения иридиевого покрытия на поверхность, что позволяет улучшить эксплуатационные характеристики материала в экстремальных условиях (такие как стойкость к высокотемпературному окислению, химическая стабильность и электрокаталитическая активность). Ниже представлен подробный анализ основного принципа производства:
I. Приготовление коричневого электрокорунда.
Коричневый электрокорунд — это разновидность глинозема (Al₂O₃), получаемая из бокситов путем высокотемпературной плавки:
Переработка сырья: бокситы прокаливают для удаления влаги и примесей.
Плавка в электродуговой печи: при температуре выше 2000 ℃ добавляют восстановитель углерода (например, антрацит) и железные опилки для снижения содержания примесей (например, SiO₂, Fe₂O₃ и т. д.), в результате чего образуется осадок сплава кремния и железа, который отделяется.
Охлаждение и кристаллизация: После охлаждения расплавленная жидкость образует высокотвердые коричневые кристаллы плавленого оксида алюминия (в основном α-Al₂O₃, содержащие небольшое количество оксидов Ti и Fe для цвета).
Дробление и формование: блочный коричневый плавленый глинозем измельчается и просеивается на абразивные или матричные частицы необходимого размера.
II. Принцип нанесения иридиевого покрытия.
Иридий (Ir) — это металл платиновой группы с высокой плотностью, высокой температурой плавления (2466 °C), коррозионно-стойкий. Его наносят на поверхность коричневого электрокорунда методом гальванического осаждения. Распространенные методы включают:
1. Принцип физического осаждения из паровой фазы (PVD)
: в условиях высокого вакуума иридиевая мишень испаряется электрической дугой или распылением, а атомы или ионы иридия осаждаются на поверхности коричневого плавленого оксида алюминия, образуя пленку.
Характеристики: Равномерное покрытие, сильная адгезия, подходит для прецизионной гальванизации.
2. Принцип химического осаждения из газовой фазы (CVD)
: в высокотемпературной реакционной камере соединения-прекурсоры иридия (такие как трихлорид иридия (IrCl₃), ацетилацетонат иридия и т. д.) восстанавливаются или разлагаются, а атомы иридия осаждаются на поверхности подложки.
3. Гальванопокрытие или химическое покрытие
Принцип: В электролите, содержащем ионы иридия, иридий осаждается на поверхность проводящей подложки под действием электрического тока или восстановителя. Если коричневый электрокорунд не проводит ток, требуется предварительная металлизация (например, нанесение проводящего слоя).
Характеристики: более низкая стоимость, но покрытие может быть тоньше.
III. Основные технические характеристики коричневого электрокорунда с иридиевым покрытием
Предварительная обработка поверхности:
Поверхность коричневого электрокорунда необходимо очистить и активировать. Это можно сделать путем кислотного травления, ультразвуковой очистки или придания шероховатости для улучшения адгезии.
Оптимизация межфазных связей:
Из-за существенной разницы в коэффициентах теплового расширения между иридием и Al₂O₃ для снятия напряжений и предотвращения отслоения необходим переходный слой (например, W, Mo или градиентное покрытие).
Контроль толщины покрытия:
Толщина покрытия обычно составляет порядка микрометров. Избыточная толщина может привести к растрескиванию, а недостаточная толщина обеспечивает лишь ограниченное улучшение характеристик.
Последующее лечение:
Для улучшения кристалличности и прочности сцепления покрытия может быть проведен отжиг.
IV. Функции и повышение эффективности иридиевого покрытия
Стойкость к высокотемпературному окислению: при высоких температурах иридий образует плотный оксидный слой (IrO₂), защищающий подложку из коричневого корунда.
Химическая инертность: устойчив к кислотной и щелочной коррозии, подходит для высококоррозионных сред.
Электрокаталитическая активность: Иридий является превосходным электрокатализатором и может использоваться в электродных материалах для электролиза воды.
Повышенная износостойкость: Высокая твердость иридия дополнительно повышает износостойкость поверхности.
V. Области применения
Специальные абразивы и покрытия: используются для прецизионной обработки или изготовления износостойких деталей.
Высокотемпературные электродные материалы: такие как аноды электролитических ячеек, электрохимический катализ.
Авиационно-космическая промышленность: термостойкие покрытия, компоненты двигательных установок.
Атомная промышленность: Материалы, стойкие к радиационной коррозии.