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導(dǎo)電陶瓷
大有前途的導(dǎo)電陶瓷
陶城報(bào) 2003-01-17 00:00 閱讀：
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常見的陶瓷都是不導(dǎo)電的絕緣體，但２０年前，人們研制成功了能夠?qū)щ姷奶沾伞?br />
氧化鋯陶瓷是一種耐高溫、抗氧化的復(fù)合氧化物，是在純氧化鋯中加進(jìn)１０％的氧化鐿制成的導(dǎo)電陶瓷。它能象金屬那樣把電能轉(zhuǎn)變成熱能，并能發(fā)光。
把導(dǎo)電陶瓷做成圓棒，作為在高溫氧化中的發(fā)熱元件，是再好不過的材料了。導(dǎo)電陶瓷在空氣中十分穩(wěn)定，不與氧發(fā)生反應(yīng)，最高的發(fā)熱溫度高達(dá)２０００℃以上，而且可以長時(shí)間使用，壽命超過１０００小時(shí)以上。因此，導(dǎo)電陶瓷已成為現(xiàn)代冶金、陶瓷、玻璃工業(yè)中廣泛采用的高溫發(fā)熱體。
目前，世界上８０％的電能出自用汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的火力發(fā)電，但機(jī)械能變成電能的效率只有３０～４０％，而６０％以上的能量被白白浪費(fèi)掉了。如果采用磁流體發(fā)電就可以減少大量機(jī)械損失。磁流體發(fā)電機(jī)的氣流溫度高達(dá)２０００～３０００℃，速度為每秒８００～１０００米，氣流中還有１％腐蝕性極強(qiáng)的鉀離子。因此，要求電極材料既能耐高溫，又經(jīng)得起高速粒子的沖擊，又能抵抗氧化鉀離子的腐蝕。磁流體發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度高，一般從點(diǎn)燃到滿負(fù)荷，只需幾十秒鐘，因此，還要求電極材料要經(jīng)得起急冷急熱的變化。在這樣嚴(yán)酷的條件下，有什么材料能經(jīng)得起考驗(yàn)?zāi)兀?br />
能滿足耐高溫、耐腐蝕等苛刻要求的材料，恐怕只有穩(wěn)定氧化鋯陶瓷了。
美國在１９８３年發(fā)明的一種導(dǎo)電的抗腐蝕陶瓷材料，它適用于高溫腐蝕環(huán)境。這種氧化鎂摻雜氧化鉻導(dǎo)電陶瓷材料，特別適用于能量轉(zhuǎn)換裝置中的電極涂層上。
鈉—硫電池的金屬電極容易發(fā)生腐蝕，尤其在高溫條件下更是如此。腐蝕作用是多種多樣的，除因電極腐蝕而減少導(dǎo)電能力外，還可能在電極表面形成一種增加接觸電阻的表面層：另外，腐蝕性產(chǎn)物還能沉積，阻礙電解液的化學(xué)作用，影響活性材料的運(yùn)載能力，若腐蝕物沉積在電極表面，就會(huì)使電極的結(jié)構(gòu)、吸濕性、作用能力都發(fā)生變化，最終導(dǎo)致電池工作性能變壞，壽命縮短。
為了解決這個(gè)問題，美國在電極表面涂覆各種導(dǎo)電材料，如鋁、鉬、鎳，鉻及其各種合金。但是，所有這些金屬材料，在鈉—硫電池中都缺乏足夠的穩(wěn)定性。
美國人將其發(fā)明的這種導(dǎo)電陶瓷材料，涂覆于電極表面。因?yàn)檫@種材料不僅具有良好的抗腐蝕性能，而且具有足夠的導(dǎo)電性能，所以較好地解決了上述的問題。這種導(dǎo)電陶瓷材料制造工藝如下：
在氧化鉻Ｃｒ２Ｏ３中摻入０．５摩爾％的氧化鎂（ＭｇＯ）固溶體成分。將１５０克氧化物及０．４８克硝酸鹽溶劑加入１８０毫升的丙酮試劑中，經(jīng)研磨后形成糊狀物質(zhì)。用超聲波方法將制成物彌散，然后在低溫下攪動(dòng)干燥。在１１００℃條件下，將干粉在空氣中焙燒１小時(shí)，取出后將其輕輕研磨。
然后，在鋼模中噴涂硅粉，使鋼模潤滑，并將經(jīng)過上述方法處理過的１５０克干粉倒入鋼模中，不加任何粘合劑進(jìn)行預(yù)壓處理。成型物用事先在乙醇中攪和成糊狀的氧化硼涂覆。將坯料放入石墨模子中，在下述環(huán)境條件下進(jìn)行熱壓加工：氣壓２８毫帕，溫度１３００℃，加熱１小時(shí)，熱壓物密度可達(dá)９４％，即５．２１克／厘米３。
所得坯料在空氣中于１５００℃條件下退火６小時(shí)。再用金剛石研磨成所需的形狀。
這種導(dǎo)電陶瓷材料特性如下：粒度為１微米左右，在３５０℃下的電阻率為４．３至５．４歐姆·厘米。該陶瓷材料既可以用于涂層，又能割成密度大于９０％的熱壓物。
導(dǎo)電陶瓷材料可用各種方法涂覆在電極材料上，例如真空噴涂、等離子噴涂等，或采用濺射噴涂方法，在基片上進(jìn)行導(dǎo)電陶瓷材料的涂覆工藝。電極上陶瓷涂層厚度一般為０．１至２０微米，陶瓷涂層電阻率小于１００歐姆·厘米，最小可達(dá)１０歐姆·厘米。
采用導(dǎo)電陶瓷材料涂覆于電極表面，既耐腐蝕，又耐高溫。電池中采用這種類型的電極后，電極表面具有足夠的電流密度。涂層的電阻率也相當(dāng)穩(wěn)定，陶瓷和金屬表面接觸緊密，電極不發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。電池運(yùn)行性能良好。
穩(wěn)定氧化鋯陶瓷除有以上導(dǎo)電性能外，近年來更有一種超群的導(dǎo)電性能被發(fā)現(xiàn)，這就是它的超導(dǎo)性能。超導(dǎo)現(xiàn)象是１９１１年荷蘭科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)的，一般導(dǎo)電體都有電阻，但一些個(gè)別的物質(zhì)，在一定的溫度條件下，會(huì)出現(xiàn)沒有電阻的超導(dǎo)現(xiàn)象。有超導(dǎo)能力的超導(dǎo)體，應(yīng)用到工業(yè)中去，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無損耗輸電，可用來產(chǎn)生極強(qiáng)磁場等等。但在普通溫度條件下有超導(dǎo)能力的材料很難找。人們想不到穩(wěn)定氧化鋯陶瓷不單具有超導(dǎo)性能，而且其溫度要求最容易實(shí)現(xiàn)，于是穩(wěn)定氧化鋯陶瓷作為新的超導(dǎo)材料成為現(xiàn)代高科技的寵兒。
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