Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Optimering af en ny sprøjtemetode til keramiske belægninger

En keramisk film fremstillet ved pulveraerosolaflejring på en porøs gasgennemtrængelig elektrode, som dem, der kræves i brændselsceller. Kredit:Jörg Exner.

I lang tid, produktionen af ​​keramiske belægninger har kun været mulig ved hjælp af sintringsteknikker udført ved mere end 1, 000 grader Celsius. Imidlertid, en ny sprøjtemetode, Powder Aerosol Deposition (PAD), muliggør deres produktion ved normale stuetemperaturer. Det er derfor yderst attraktivt til industrielle anvendelser. Ingeniørforskere fra University of Bayreuth under ledelse af prof. Dr.-Ing. Ralf Moos arbejder i frontlinjen af ​​den løbende udvikling af denne teknologi. I bladet for " Avancerede materialer ", de præsenterer sine fordele og viser, hvordan de funktionelle egenskaber af keramiske film kan optimeres med hensyn til højteknologiske applikationer.

Med PAD, tætte keramiske film kan påføres på meget forskellige typer materialer, såsom stål, glas, silicium, eller endda plastik. For at opnå dette, et tørt keramisk pulver omdannes først til en aerosol, dvs. en blanding af gas og faste partikler, ved hjælp af en bæregas. Aerosolen transporteres derefter ind i et vakuumkammer, og accelereret til flere 100 meter i sekundet gennem en dyse og rettet mod materialet, der skal coates. Ved påvirkning, de små keramiske partikler knækker. De resulterende fragmenter, kun få nanometer i størrelse, frisk funktion, aktive overflader. De danner tæt klæbende, tætte belægninger med en tykkelse på mellem 1 og 100 mikrometer.

"Takket være deres tætte mikrostruktur, belægningerne udviser allerede fremragende mekaniske egenskaber selv direkte efter afsætningen. De er ekstraordinært hårde og har god kemikalieresistens, " forklarer Dr.-Ing. Jörg Exner, første forfatter til undersøgelsen, som var en drivkraft i forskningsarbejdet om PAD på universitetet. Imidlertid, som det viste sig, nogle funktionelle egenskaber af belægningerne, især den elektriske ledningsevne, viste sig at være utilstrækkelig uden at foretage yderligere skridt. I deres nye undersøgelse, alligevel, Bayreuths ingeniørvidenskabsmænd er nu i stand til at rapportere om effektive metoder til optimering.

Et skema for Powder Aerosol Deposition (PAD). Kredit:UBT.

Krystallinske strukturer er af afgørende betydning i denne sammenhæng. Den stærke påvirkning af de keramiske partikler på materialerne forårsager strukturelle defekter i de resulterende fragmenter. Dette påvirker ikke kun den elektriske ledningsevne, men også andre funktionelle egenskaber. "Ved en termisk efterbehandling, eller såkaldt temperering, disse defekter kan næsten helt elimineres. Vi har kunnet påvise, at de nødvendige temperaturer generelt er meget lavere end ved konventionel sintring. Undgåelsen af ​​disse ekstremt høje temperaturer er det, der gør PAD så attraktiv. Det er derfor stadig sandt:Denne teknologi tilbyder et meget højt industrielt potentiale, især hvor der kræves keramiske belægninger af høj kvalitet, " slutter Exner.

Hvilken type keramiske materialer, der behandles, afhænger af de påtænkte teknologiske anvendelser:Dielektrisk keramik er velegnet til kondensatorer, elektrisk ledende funktionel keramik foretrækkes til sensorer, og yttrium-stabiliseret zirconiumoxid bruges i højtemperaturbrændselsceller. Selv lithium-ion-batterier kan fremstilles på denne måde.

Den videnskabelige forståelse af de keramiske filmstrukturer og deres funktionelle egenskaber, opnået ved University of Bayreuth, vil bidrage væsentligt til målet om at integrere højkvalitets coatede komponenter i komplekse systemer på en bæredygtig måde. Nye teknologier, for eksempel, inden for energilagring og omdannelse, eller med henblik på miljøovervågning, derfor vil drage fordel af pulveraerosolafsætningsapplikationer.


Varme artikler