关键词:
氧化锆陶瓷
超疏水表面
激光加工
机械稳定性
修复性能
摘要:
目的通过超疏水化改变氧化锆陶瓷表面的功能特性,使其具备抵抗环境变化的性质。方法开发了一种结合纳秒激光织构和硅烷化学修饰、热处理方法的超疏水氧化锆陶瓷表面制备工艺,得到了超疏水氧化锆表面,同时对激光加工前后的氧化锆陶瓷表面形貌、化学组成、润湿性进行了表征。结果利用激光表面微织构方法在氧化锆陶瓷材料表面诱导出了多级微纳结构,并进行硅烷化学修饰和热处理,获得了接触角159.6°的超疏水氧化锆陶瓷表面。研究了激光扫描速度与间距对表面超疏水性能的影响。发现当扫描速度为20~200mm/s时,随扫描速度的减小,表面的亚微米和纳米颗粒变小,表面微纳结构更明显,进一步使水滴接触角增大;当扫描间距为50~200μm时,随扫描间距的增大,受到热影响的区域面积相对比例减小,微纳结构减少,进一步使水滴接触角减小。摩擦磨损实验证明,超疏水氧化锆陶瓷表面的机械稳定性高,可抵抗外界摩擦的影响。此外,还测试了使用硅油-热处理方法快速修复受到摩擦后的氧化锆陶瓷表面接触角,证明修复后的氧化锆陶瓷表面仍然保持超疏水特性。结论研发的可修复超疏水氧化锆陶瓷具有稳定良好的超疏水特性,有望拓展氧化锆陶瓷在相关领域的应用。