Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 4 2018 84 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ условиях (высокие температуры, электрические напряжения, радиация и т. д.). Для получения электроизоляционных покрытий из оксидной керамики широко используются различные ме- тоды газотермического напыления, такие как газопламенное, плазменное, HVOF, детонацион- ное и др. [1]. Такие покрытия применяются на подшипниках качения генераторов, электромо- торов, на элементах индукционных печей и дру- гого электротехнического оборудования, в гео- физической аппаратуре, а также в специальных электрофизических установках, работающих в условиях радиации и/или агрессивных сред. Де- тонационное напыление (ДН) обеспечивает вы- сокие электроизоляционные показатели [2] и хо- рошие механические характеристики [3], причем благодаря импульсному характеру процесса ДН дает возможность наносить покрытия на тонко- стенные детали [4]. Высокое качество покрытий в ДН достигается подбором оптимальной скоро- сти и температуры частиц; в тех случаях, когда параметры напыления далеки от оптимальных, покрытия могут иметь трещиноватую структуру [5, 6], которая ухудшает не только их прочност- ные, но и электроизоляционные свойства. Опыт показывает, что в оптимальном режиме дето- национного напыления керамическая частица должна находиться в полурасплавленном состо- янии [7]. В этом случае пористость и трещинова- тость покрытий минимальны. С научной и практической точки зрения важ- ными и пока до конца не изученными являются вопросы о природе электропроводности детона- ционных покрытий, как, впрочем, и покрытий, полученных другими газотермическими мето- дами, а также о влиянии состава детонирую- щей смеси на свойства получаемых покрытий. Уже давно было замечено, что диэлектрические свойства плазменных керамических покрытий зависят от их структуры, которая, в частности, характеризуется наличием пор [8]. Так, при по- ристости 5,5…7,9 % алюмооксидные покрытия сразу после напыления имеют объемное со- противление 10 9 …10 10 Ом·см, а после сушки при 120 °С этот параметр повышается до 10 13 …10 14 Ом·см. Диэлектрическая прочность плазменных покрытий зависит также от пори- стости и составляет 9,0…18,0 кВ/мм. Автор [8] полагает, что на электропроводность оказыва- ет влияние адсорбированная порами вода, но какого-либо количественного описания этого влияния в статье не предлагается. В работе [9], а также в [10, 11] было обнаружено, что элек- тропроводность плазменных керамических по- крытий зависит от температуры и влажности окружающей среды, что согласуется с [8]. Эти работы отличаются высоким эксперименталь- ным уровнем, однако авторы этих работ огра- ничиваются качественными рассуждениями о влиянии на электропроводность пористости и слоистости структуры газотермических покры- тий. Для алюмооксидных покрытий в [8] было также высказано предположение, что электро- проводность связана с гигроскопичностью фазы γ-Al 2 O 3 . Однако в [9] эта гипотеза подвергается сомнению, поскольку, например, покрытие из MgAl 2 O 4 с устойчивыми кристаллическими фа- зами тоже показывает падение удельного сопро- тивления на несколько порядков с ростом влаж- ности атмосферы. Тем не менее появление фазы γ-Al 2 O 3 может вносить свой вклад в изменение электропроводности покрытий. Переход корун- да α-Al 2 O 3 в метастабильную фазу γ-Al 2 O 3 при газотермическом напылении связан с быстрым затвердеванием расплавленного материала на подложке [4, 11, 12]. Теоретическое описание природы электро- проводности и электрического пробоя диэлек- триков пока предложено только для беспори- стых диэлектриков в виде монокристаллических и поликристаллических образцов [13] и для по- ристой керамики, но с порами, заполненными воздухом [14]. Подход в [14] основан на том, что напряжение пробоя воздуха намного ниже напряжения пробоя керамики, тогда наличие пор приводит к снижению эффективной толщи- ны керамического слоя на величину суммарного размера пор, распределенных по толщине ди- электрика. В [13] показано, что в области низких напряжений (до 1 кВ) природа электропроводно- сти керамики носит омический характер, когда проводимость определяется наличием термиче- ски активированных носителей зарядов и вели- чина тока пропорциональна приложенному на- пряжению. В области же высоких напряжений, близких к пробою (30 кВ для слоя оксида алю- миния толщиной 0,3 мм), доминирующим яв- ляется SCLC-механизм ограниченной проводи- мости пространственных зарядов (Space Charge Limited Conduction), в котором ток пропорцио-