固体氧化物电池氧离子电解质研究进展

固体氧化物电池(SOCs)作为一种绿色、高效的全固态能量转换装置,既能在燃料电池模式下将氢、碳、烃、醇等燃料的化学能转化为电能,又能在电解池模式下分解水制氢,在缓解全球能源危机、实现碳中和等方面具有重要意义。然而,SOCs常用的Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)电解质材料在1 000 ℃以上才具有较高的离子电导率,但过高的工作温度会提高运行成本,限制材料选择,并降低系统稳定性。因此,降低工作温度一直是SOCs发展的核心问题之一,开发高电导率电解质材料和降低电解质膜厚度是实现SOCs中低温化应用的主要路径。本文从材料开发和薄膜制造两方面对中低温SOCs各类氧离子电解质的研究进展进行梳理,针对ZrO₂、CeO₂、Bi₂O₃及LaGaO₃基固体电解质,系统阐述了异价离子掺杂对提升氧离子电导率和稳定相结构的作用机制,介绍了电解质薄膜的制备技术和导电性能,为发展高性能固体氧化物电池电解质材料提供参考依据。     

熔融沉积法3D打印制备氧化锆陶瓷及其力学性能研究

在传统熔融沉积方法的基础上, 采用颗粒混合料和螺杆挤出机构3D打印制备了致密和多孔氧化锆陶瓷, 系统研究了颗粒原料的打印性能、坯体显微结构特征和陶瓷材料的力学性能。研究结果表明, 该方法可以实现倾角达165°和跨度为5.5 mm的无支撑结构的打印成型。研究了两种打印路径对致密氧化锆陶瓷抗弯强度及抗弯强度Weibull模数的影响, 结果表明与传统单线填充模式相比, “单线+矩形”复合填充模式可以得到更高致密度和更优力学性能的陶瓷(抗弯强度达到637.8 MPa, Weibull模数达到9.10)。研究了不同气孔率多孔氧化锆陶瓷的压缩力学行为, 结果表明陶瓷的抗压强度和气孔率之间存在复合指数规律, 低气孔率时异面压缩的应力-应变曲线只呈现弹性阶段, 高气孔率时出现弹性阶段和坍塌阶段, 均未出现密实阶段。     

陶瓷粉末注射成型热脱脂动力学过程

对比分析了刚玉粉、α-Al2O3粉、γ-Al2O3粉和活性碳粉4种埋粉条件下热脱脂机理、传质途径和脱脂速率。结果表明当埋粉为高比表面积的活性碳和γ-Al2O3时,液相传质在低分子量粘结剂脱除的整个过程中起主导作用,而对于低比表面积的刚玉粉和α-Al2O3埋粉,液相传质主要存在于起始阶段,中、后期以气相传质为主。扩散传质方程描述了空气气氛、刚玉粉和α-Al2O3低比表面积埋粉的热脱脂过程。计算了热裂解、氧化裂解和液相挥发3种传质途径下气相产物在坯体内的扩散过程的综合扩散系数。     

用于凝胶注模成形的SiC/炭黑浆料的黏度控制

制备用于凝胶注模成形的SiC/炭黑浆料,采用旋转黏度计和Zeta电位测量仪表征浆料的黏度及稳定性,研究聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和浆料制备工艺参数对炭黑浆料分散性的影响,分析影响SiC/炭黑凝胶注模浆料黏度的主要因素。结果表明：PVP在炭黑颗粒表面的吸附可增大炭黑在水中的Zeta电位绝对值,同时提高炭黑颗粒之间的空间位阻斥力,从而改善炭黑颗粒在水中的分散。PVP在炭黑浆料中的最佳添加量为2.25 mg/m²,浆料的最佳球磨时间为9 h。在SiC粗细颗粒级配为2∶1,炭黑质量分数为6%,单体质量分数为15%的优化工艺条件下,得到黏度适中的高固相含量浆料,适应于凝胶注模成形。     

陶瓷注射成型制备技术的研究与进展

陶瓷注射成型(CIM)是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺.目前,陶瓷注射成型己广泛用于各种陶瓷粉料和各种工程陶瓷制品的成型.用该工艺制备的各种精密陶瓷零部件,已用于航空、汽车、机械、能源、光通讯、生命医学等领域.主要从陶瓷注射成型过程、粉体表面改性、脱脂新工艺、微注射成型、国内外研究和应用等方面就陶瓷注射成型的发展过程作了系统的阐述.最后对陶瓷注射成型技术进行了展望.     

陶瓷注射成型水脱脂中脱脂温度和坯体结构对扩散传质的影响

测定了不同温度下的水脱脂速率随时间的变化,根据改进的动力学返程计算得到了不同阶段的表观扩散系数.随着脱脂深度的增大,水脱脂从溶解控制阶段转变为扩散控制阶段,表观扩散系数降低.测定了不同几何尺寸坯体脱脂率随时间的变化,得到统一的动力学方程.根据表观扩散系数和工艺参数之间的关系,定性预测了陶瓷分体固相含量、水溶性组分含量以及有机粘结剂分子量对水脱脂能力的影响.     

凝胶注模堇青石-莫来石复相材料的制备及其抗热震性能

采用凝胶注模方法制备堇青石-莫来石复相材料,研究了聚乙烯醇对浆料稳定性、固化时间和表面氧阻聚的影响,分析了堇青石-莫来石复相材料的抗热震性能。结果表明,聚乙烯醇可提高粗颗粒悬浮体系的稳定性,增大浆料黏度,延长固化时间。聚乙烯醇还可以起到消除表面起皮、开裂的作用。通过控制浆料固相含量调节堇青石-莫来石复相材料的气孔分布,从而影响其热震稳定性。当浆料中堇青石-莫来石固相体积分数为41%～44%时,堇青石-莫来石复相材料的热震稳定性最好。     

烧结温度对片状Bi_4Ti_3O_(12)晶体光催化性能的影响

采用熔盐法在不同温度下合成了片状Bi4Ti3O12,利用XRD、SEM等表征了产物的晶体结构和微观形貌,采用亚甲基蓝模拟污染物测定了产物的光催化性能。结果表明,680℃温度处理条件下,Bi4Ti3O12的主晶相开始形成,700~1100℃温度区间内,Bi4Ti3O12晶体结晶完全,为单一的正交相晶体。低温下制备的晶粒小、比表面积大的粉体具有较强的吸附作用,但光催化作用弱。1000℃烧结条件下的Bi4Ti3O12晶体,晶粒发育完整,形貌规则,有利于光催化性能的提高,对于60 mg/L的亚甲蓝溶液,3 h内在500 W氙灯模拟可见光下对亚甲基蓝降解率达到90%。     

细晶氧化铝陶瓷基板的流延成型和显微结构控制研究

采用砂磨工艺获得了亚微米氧化铝复合粉体,用于制备微晶氧化铝陶瓷基板,研究了浆料组成对浆料流变学性质、生坯密度、生坯应力-应变行为的影响,以及烧结制度对平均晶粒尺寸和基板抗弯强度的影响。结果表明,固相含量、R值(增塑剂和黏结剂的质量比)和分散剂用量等关键因素决定了流延浆料的流变学性质。R值增大导致生坯强度和密度降低,提高固相含量有利于增加最大可流延厚度,优化工艺条件下可制备0.16～1.20 mm的坯片。当烧结温度为1 550℃、升温速率为2.5℃/min、保温时间为60 min时,制备的陶瓷基板平均晶粒尺寸为1.1μm左右,晶粒尺寸分布均匀,抗弯强度达到(440±25) MPa。     

熔融沉积(FDM)工艺参数对SiC陶瓷微观结构和力学性能影响

为提高熔融沉积成型(FDM)碳化硅(SiC)陶瓷的质量,本文主要研究工艺参数(料筒温度、喷嘴直径和打印层厚)对SiC陶瓷表面形貌、微观结构和力学性能的影响.结果表明:在料筒温度180℃、喷嘴直径0.8 mm和打印层厚0.2 mm时可获得稳定可控的挤出流量,SiC生坯和烧结体微观结构致密,层间结合效果好.SiC烧结体密度...