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钛酸铝薄膜的制备研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2011
  • 中图分类:
    工业通用技术与设备
  • 关键词:
  • 成果简介:
    (1)任务来源自选项目。(2)技术原理和性能指标:采用非水解溶胶凝胶法(NHSG)法制备钛酸铝薄膜是国内外未见报道的一项极富挑战性的课题。为了突破NHSG法制备氧化物薄膜的关键技术,该项目组在采用NHSG法成功低温制备钛酸铝粉体的基础上,以环保、无毒、高沸点的AGSE为溶剂,以四丁基溴化胺为非水解溶胶稳定剂,研究溶剂和溶胶稳定剂的种类及用量、陈化时间等因素对镀膜效果的影响,确定了制备钛酸铝稳定溶胶的最优工艺;确定浸渍-提拉速度、浸渍时间、镀膜次数和热处理等工艺参数对成膜质量的影响规律,揭示薄膜显微结构与镀膜工艺参数之间的内在关系,确定最佳薄膜制备工艺。该项目解决了NHSG法制备钛酸铝薄膜的关键性技术难题,经750℃热处理在碳化硅基片上制备出晶粒尺寸在10nm、抗熔盐腐蚀性强的钛酸铝薄膜。(3)成果的创造性、先进性:1)该项目的特色与创新之处在于采用非水解溶胶-凝胶法以无水低碳醇为氧供体,在前驱体醇溶液中原位生成卤化醇盐,利用原位生成的卤化醇盐反应活性强,易于非水解反应的特点低温合成钛酸铝材料。该项目突破了国外有些学者认为NHSG法不适合制备薄膜材料的论断。除了该课题组的研究成果以外,至今国内外仍未见通过非水解溶胶-凝胶法制备钛酸铝薄膜的文献报道。2)该项目的另一个重要创造性在于采用环保、无毒、高沸点的AGSE为溶剂,以四丁基溴化胺为非水解溶胶稳定剂,一举攻克了非水解溶胶-凝胶法制备钛酸铝薄膜的关键技术,率先实现低成本制备钛酸铝薄膜,从而形成具有中国自主知识产权的创新技术。(4)技术的应用范围钛酸铝材料(Al2TiO5,简称AT)集高熔点和低膨胀特点于一身,具有导热系数低、抗热震性好和耐腐蚀等特点。钛酸铝薄膜材料的膨胀系数与Si3N4、SiC等高温结构陶瓷材料的膨胀系数相匹配,因此钛酸铝薄膜可以牢固地结合在Si3N4和SiC基体上,从而能有效防止Si3N4和SiC的高温氧化,并且还能显著提高他们的抗腐蚀性能,从而提高其使用温度和寿命。由于钛酸铝材料的导热系数远低于Si3N4和SiC的导热系数,因此钛酸铝薄膜还是一种理想的热障材料。钛酸铝薄膜的优异性能使得它在国防及航空航天工业具有巨大的应用前景。(5)应用情况及存在问题钛酸铝集高熔点(1860℃)和低膨胀(α<1.5×10-6/℃)特点于一身,具有导热系数低(<1.5W/m.K)、抗热震性好和耐腐蚀性强等优点。钛酸铝的膨胀系数与Si3N4、SiC等高温结构陶瓷材料的膨胀系数相匹配,钛酸铝薄膜可以牢固结合在Si3N4和SiC基体上,能有效防止Si3N4和SiC的高温氧化,提高它们的抗腐蚀性能。钛酸铝的导热系数低,因此钛酸铝薄膜还是一种理想的热障材料,降低部件的工作温度。此外,由于钛酸铝还具有抗渣、耐熔融金属侵蚀的特点,钛酸铝薄膜还是金属冶炼铸口砖(常为莫来石质)良好的保护材料。钛酸铝薄膜的优异性能使它在有色冶金、汽车、化工、军事、钢铁、玻璃以及国防、航空航天等领域具有广阔的应用前景。采用该项目研发的制备钛酸铝薄膜新技术,会在制备过程中产生HCl气体,然而HCl气体可以作为制备盐酸的原料加以回收利用,因此它不是一种废弃物,而是可以通过资源化加以利用。回收HCl气体的技术是在金属醇盐合成以及其它化工行业中广泛应用的成熟技术,完全可以用于该项目的HCl气体回收利用。
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