复合掺杂zrolt2gt气敏陶瓷材料成分优化与综合性能研究

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1、山东大学硬士学位论文摘要对复合掺杂的Zr02基气敏材料(Zr02--Y203--MgO系列和Zr02一Y203--CaO系列)进行了综合研究，阐明了多种掺杂对Zr02材料电性能、力学性能和显微结构的影响，并在实验数据基础上对其导电机制进行分析。利用两种烧结制度对部分试样进行烧结发现，烧结时在1100。C保温20分钟，不但使试样的致密度、导电性提高，而且使抗热震性能优化。由电性能测试结果可知，输出电压随测试温度的升高而增加，但变化是非线性的。随温度的升高氧离子的激活能降低，因而引起跃迁几率增加，同时还有一些本征空位也参与氧离

2、子的传输，从而随着温度的增加使得通过Zr02固体电解质中的氧离子数目增加，开路电压较低温情况迅速增加。氧化锆材料的离子导电率与掺杂氧化物化学成分及其含量有关，掺杂量增：IIIiI某一值时，离子导电率对每种成分掺杂会出现不同的极大值。本文中MY系列和CY系列中导电率最高时，掺杂物的含量分别为：Y203为3m01％，MgO为7m01％{Y203为3m01％，CaO为4mol％。同时，当掺杂量高于这一值时，其离子导电率反而下降。-于M92+加入晶格后不利于立方晶型，故产生的氧空位易聚集在M矿+的周围，并JiM92+离子与最近氧空

3、位的结合能比ca2+离子的大，氧空位迁移较困难；而Ca”加入晶格后，有利于形成立方晶型。且氧空位分布在zr4+的周围。所以Ca0和MgO含量相同时。一般CY系列试样的导电率要大于MY系列试样。但是随着CaO含量的增加，CY系列中气孔的含量也增加，气孔的存在严重影响了氧空位的迁移从而降低其导电率。所以当MgO和CaO含量均为10m01％时，CY系列试样的导电率小于MY系列试样。利用X．Ray衍射、SEM、电子探针等测试手段研究了Zr02气敏材料的微观结构，通过实验结果的分析，发现试样烧结较为理想。从SEM显微结构分析，加入第

4、二种稳定荆后，颗粒分布较为均匀，有部分晶粒长大现象。电子探针显微结构分析显示，试样中尚存在一些缺陷，含CaO较多的试样中，由于在原料中加入CaC03的量较多，在烧结过程中形成晶内气孔和晶界气孔。由抗热震性测试结果可知。CY系列中随CaO含量的增加，抗热震性升高，在10mol％时达到最大值。MY系列中，随MgO含量的增加，抗热震性升高，在6或7m01％达到最大值，然后随MgO含量的增加丽下降。相同掺杂量下，掺杂CaO的CY系列抗热震性优于MY系列。在CY系列试样中发现，随着加入的CaC03增加(即复合材料中含CaO量增加)，

5、形成的气孔也增加，不仅在晶界上而且晶内也出现了气孔，材料的致密度下降较多，抗山东大学硕士学位论文热震性却增加。CaO含量为lOm01％时，试样成为多孔陶瓷材料，并且其抗热震性能达到最高。但是当较多的气孔连成贯穿气孔时，其抗热震性下降。MgO加入基体材料后产生双晶结构并伴生气孔，使材料的强度有所降低，但因其形成Zr02晶粒中MgO含量外高内低的“核”结构，提高了Zr02材料的抗热震性能。但是，MgO的加入量超过一定值(7t001％)时，MgO在晶界上的严重偏聚又降低了Zr02复合材料的抗热震性能。氧空位的存在与变化不仅影响着

6、氧化锆相结构的稳定性，而且影响着氧化锆的低温相变过程。对于含有一定量氧空位的亚稳四方相氧化锆，氧空位浓度的增加与减少都会进一步降低其结构稳定性，使之更加容易地向单斜相转变。关键词：Zr02气敏陶瓷；Y203；MgO；caO；导电性：抗热震性ll山东大学硕士学位论文AbstractTwokindsofZr02ceramicsi．e．Zr02一Y203一MgOandZr02-Y203．CaOserieshavebeenprepared．111eintegratedpropeaiesoftwoseriesofZr02sensit

7、ivematerialshavebeenstudied．Theeffectsofcomplexdopantsonconductivity,mechanicspropertiesandmicrostructurealsohavebeenstudied．Basingontheexperimentaldata，theconductingmechanismoftheZr02sensitivematerialshasbeenanalyzed．Andthetypesoftransitionofoxygenvacancieswerepu

8、tforward．Partsampleshavebeenmadebytwosinteringtechnics．Itisfoundthatheatpreservationat1100。Cfor20minutesimprovedthedensity,conductivityandthermalshockre