复合掺杂zrolt2gt氧敏材料的制备与性能研究

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1、摘要随着工业锅炉以及汽车等产业的快速发展，具有高电导率、快速响应等特性的Y203稳定Z她tTSz)氧敏材料受到了广泛的关注。本文以Zr02氧敏陶瓷为研究对象，从制备工艺和复合掺杂两个方面，对材料的纳米粉体特性、烧结特性进行了系统研究，对材料的制备过程机理和氧敏性能进行了探索。首先，以ZrOCh和Y203等为原料，采用共沉淀法制备了掺杂不同含量A1203和sc203的YSZ粉体，通过TG．DSC、XRD、TEM等表征粉体的物相组成、粒径大小和粒度分布等，研究了沉淀温度、分散剂加入量、沉淀pH值和煅烧温度等因素对粉体性能的影响。

2、实验表明：当控制沉淀温度在40℃-50℃，pH为9-11j分散剂加入量为4％时，微波干燥后在800℃煅烧1h后可以得到粒径约为15rim、粒度分布均匀、分散性好、团聚程度小、烧结性能较好的YSZ粉体。研究了造粒方式对烧结性能的影响，发现喷雾造粒可有效改善氧化锆陶瓷的烧结性能，喷雾造粒后的8YSZ粉体在1500℃下煅烧4h后，密度可达5．929／cm3。其主要原因是喷雾造粒可得到分散均匀无团聚粉体，坯体中气孔小且均匀，烧结时易于排除，因而能够得到很高的烧结致密度。而后，将粉体制成圆片，在1450"C．1550℃下烧结2h-4h

3、，’表面被铂后测试其离子电导率和氧敏性能，利用SEM观察了烧结体的表面形貌。研究了A1203和sc203掺杂对YSZ性能的影响。结果表明：A1203能够与原料中的杂质Si02反应，起到净化晶界的作用，并能形成液相有效促进烧结，提高烧结体的致密度。掺杂1％摩尔比A1203的8YSZ材料在1450℃下烧结4h，密度可高达6．019／cni3。sc203．Y203-Zr02三元系统难以烧结致密化，A1203的加入能改善其烧结性。电学性能和氧敏性能测试表明：在700℃的测试温度下，1A1．8YSZ烧结体电导率可达4．6x100S·C

4、151"l；其对不同浓度氧气的实验电动势接近理论电动势，可以作为氧敏陶瓷在实际应用中使用，能够满足工业上对氧敏传感器的需求。关键词：YSZ：氧敏；A1203；掺杂；制备；ABSTRACTWiththewidelyusingofindustrialboilersandautomobiles．theresearchofyttriumstabledzirconium(YSZ)materialswithhighionicconductivityandquiek-sreactioncapabilityasoxygen∞lkqorisd

5、eveloped．Inthispaper,zirconiumdioxideceranlic$wasinvestigatedinbothpreparationtechnologyandoxygensensitivity．Thepropertiesofthellano—powderandthesinteringbehaviorswereinvestigatedsystematically．Themechanicsofpreparationandtheoxygensensitivitywe阳studied．First,YSZpow

6、derswithdifferentamotmtofA1203andSC203dopedwerepreparedbyeoprecipitationmethodusingzirconiumoxychlorideandyttriumoxide勰rawmaterial．ThephasecompositionandparticlesizedistributionofpowderwerecharacterizedbyTG-DSC．XRDandTEM．Theeffectsoffactorssuchastemperatureduringpr

7、ecipitation,additionofdispersantagent，pHvalueandcalciningtemperaturewefestudied．TheresultsindicatedthattheYSZpowderswithgreatsinteringbehaviorsandlowagglomeratedstructurewerepreparedwiththeprecipitationtemperatureof400C一50。C．dispersantagentadditionof4％masspercent,p

8、Hvalueof9·11andcalciningtemperatureof800。C．Theparticlesizeofpowdersampleswasaround15nm．ThesinteringperformanceWasgreatlyamelioratedbyspraypelleti