科学家研究出一种新型喷涂方法,使陶瓷涂层能在室温下生产

长期以来,生产陶瓷涂层只能通过在1000摄氏度以上进行烧结的技术来进行。近来,拜罗伊特大学的工程科学家在Dr.Ing教授的指导下研究出了一种新颖的喷涂方法,粉末气溶胶沉积(PAD)使陶瓷涂层能够在正常室温下生产。

一种陶瓷膜,其通过粉末气溶胶沉积在多孔的透气电极上而制成,例如燃料电池中所需的那些。图片来源:JörgExner。

研究过程

  • 使用PAD,可以将致密的陶瓷膜应用于不同类型的材料,例如钢,玻璃,硅或塑料。
  • 为此,首先借助于载气将干燥的陶瓷粉末转化为气溶胶,即气体和固体颗粒的混合物。
  • 然后将气雾剂输送到真空室中,并通过喷嘴将其加速到每秒几百米,并引导到要涂覆的材料上。撞击时,细小的陶瓷颗粒破裂,产生的碎片只有几纳米大小,具有新鲜,活跃的表面。它们形成紧密粘合的致密涂层,厚度在1到100微米之间。
  • Ing博士解释说:“由于其致密的微观结构,即使在沉积之后,涂层也已经显示出优异的机械性能。它们非常坚硬并且具有良好的耐化学性。” 然而事实证明,在不进行进一步步骤的情况下,涂层的某些功能特性,特别是导电性不足。在他们的新研究中,拜罗伊特的工程科学家有优化方法。

粉末气溶胶沉积(PAD)的方案。

研究成果表明工业潜力极高

  • 在这种情况下,晶体结构至关重要。陶瓷颗粒对材料的强烈冲击会导致最终碎片中出现结构缺陷,这不仅影响电导率,而且影响其他功能特性。
  • “通过热后处理或所谓的回火,这些缺陷几乎可以完全消除。我们已经证明,所需的温度通常比常规烧结要低得多。避免这些极端高温的方法是使PAD,这项技术具有很高的工业潜力,尤其是在需要高质量陶瓷涂层的地方。” Exner总结道。
  • 处理哪种类型的陶瓷材料取决于预期的技术应用:介电陶瓷适合用作电容器,导电功能陶瓷适合用于传感器,并且钇稳定的氧化锆用于高温燃料电池,甚至锂离子电池也可以这种方式生产。

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