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大有前途的导电陶瓷

发布时间:2020-06-22 13:20:38 阅读: 来源:岩棉复合板厂家

大有前途的导电陶瓷

常见的陶瓷都是不导电的绝缘体,但20年前,人们研制成功了能够导电的陶瓷。

氧化锆陶瓷是一种耐高温、抗氧化的复合氧化物,是在纯氧化锆中加进10%的氧化镱制成的导电陶瓷。它能象金属那样把电能转变成热能,并能发光。

把导电陶瓷做成圆棒,作为在高温氧化中的发热元件,是再好不过的材料了。导电陶瓷在空气中十分稳定,不与氧发生反应,最高的发热温度高达2000℃以上,而且可以长时间使用,寿命超过1000小时以上。因此,导电陶瓷已成为现代冶金、陶瓷、玻璃工业中广泛采用的高温发热体。

目前,世界上80%的电能出自用汽轮机带动发电机的火力发电,但机械能变成电能的效率只有30~40%,而60%以上的能量被白白浪费掉了。如果采用磁流体发电就可以减少大量机械损失。磁流体发电机的气流温度高达2000~3000℃,速度为每秒800~1000米,气流中还有1%腐蚀性极强的钾离子。因此,要求电极材料既能耐高温,又经得起高速粒子的冲击,又能抵抗氧化钾离子的腐蚀。磁流体发电机启动速度高,一般从点燃到满负荷,只需几十秒钟,因此,还要求电极材料要经得起急冷急热的变化。在这样严酷的条件下,有什么材料能经得起考验呢?

能满足耐高温、耐腐蚀等苛刻要求的材料,恐怕只有稳定氧化锆陶瓷了。

美国在1983年发明的一种导电的抗腐蚀陶瓷材料,它适用于高温腐蚀环境。这种氧化镁掺杂氧化铬导电陶瓷材料,特别适用于能量转换装置中的电极涂层上。

钠—硫电池的金属电极容易发生腐蚀,尤其在高温条件下更是如此。腐蚀作用是多种多样的,除因电极腐蚀而减少导电能力外,还可能在电极表面形成一种增加接触电阻的表面层:另外,腐蚀性产物还能沉积,阻碍电解液的化学作用,影响活性材料的运载能力,若腐蚀物沉积在电极表面,就会使电极的结构、吸湿性、作用能力都发生变化,最终导致电池工作性能变坏,寿命缩短。

为了解决这个问题,美国在电极表面涂覆各种导电材料,如铝、钼、镍,铬及其各种合金。但是,所有这些金属材料,在钠—硫电池中都缺乏足够的稳定性。

美国人将其发明的这种导电陶瓷材料,涂覆于电极表面。因为这种材料不仅具有良好的抗腐蚀性能,而且具有足够的导电性能,所以较好地解决了上述的问题。这种导电陶瓷材料制造工艺如下:

在氧化铬Cr2O3中掺入0.5摩尔%的氧化镁(MgO)固溶体成分。将150克氧化物及0.48克硝酸盐溶剂加入180毫升的丙酮试剂中,经研磨后形成糊状物质。用超声波方法将制成物弥散,然后在低温下搅动干燥。在1100℃条件下,将干粉在空气中焙烧1小时,取出后将其轻轻研磨。

然后,在钢模中喷涂硅粉,使钢模润滑,并将经过上述方法处理过的150克干粉倒入钢模中,不加任何粘合剂进行预压处理。成型物用事先在乙醇中搅和成糊状的氧化硼涂覆。将坯料放入石墨模子中,在下述环境条件下进行热压加工:气压28毫帕,温度1300℃,加热1小时,热压物密度可达94%,即5.21克/厘米3。

所得坯料在空气中于1500℃条件下退火6小时。再用金刚石研磨成所需的形状。

这种导电陶瓷材料特性如下:粒度为1微米左右,在350℃下的电阻率为4.3至5.4欧姆·厘米。该陶瓷材料既可以用于涂层,又能割成密度大于90%的热压物。导电陶瓷材料可用各种方法涂覆在电极材料上,例如真空喷涂、等离子喷涂等,或采用溅射喷涂方法,在基片上进行导电陶瓷材料的涂覆工艺。电极上陶瓷涂层厚度一般为0.1至20微米,陶瓷涂层电阻率小于100欧姆·厘米,最小可达10欧姆·厘米。

采用导电陶瓷材料涂覆于电极表面,既耐腐蚀,又耐高温。电池中采用这种类型的电极后,电极表面具有足够的电流密度。涂层的电阻率也相当稳定,陶瓷和金属表面接触紧密,电极不发生腐蚀现象。电池运行性能良好。

稳定氧化锆陶瓷除有以上导电性能外,近年来更有一种超群的导电性能被发现,这就是它的超导性能。超导现象是1911年荷兰科学家在实验中偶然发现的,一般导电体都有电阻,但一些个别的物质,在一定的温度条件下,会出现没有电阻的超导现象。有超导能力的超导体,应用到工业中去,可实现远距离无损耗输电,可用来产生极强磁场等等。但在普通温度条件下有超导能力的材料很难找。人们想不到稳定氧化锆陶瓷不单具有超导性能,而且其温度要求最容易实现,于是稳定氧化锆陶瓷作为新的超导材料成为现代高科技的宠儿。

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