堿土金屬與稀土陽離子共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷的制備與電學(xué)性能.pdf

1、本文采用高溫固相反應(yīng)法制備了堿土金屬與稀土陽離子共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷，包括4個材料體系：(1) Yb3+與Mg2+共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷，(2) Yb3+與Ca2+共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷，(3) Dy3+與Mg2+共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷，(4) Dy3+與Ca2+共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷。采用XRD、SEM和EDS等對制備的堿土金屬與稀土陽離子共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷的組織結(jié)構(gòu)進行分析，采用交流阻抗譜儀對其電性能進

2、行分析。
　　在4個材料體系中，只有 Yb3+與Mg2+共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷為完全固溶體，其余3個體系中都出現(xiàn)了第二相。在 SmYb1-xMgxZr2O7-x/2陶瓷中第二相為未固溶的MgO，含量較少；在 SmDy1-xCaxZr2O7-x/2和SmDy1-xCaxZr2O7-x/2陶瓷中，第二相為反應(yīng)生成的CaZrO3，含量較多。這表明相對于Ca2+離子而言，Mg2+離子更容易固溶進入 Sm2Zr2O7晶格中。通過固相反應(yīng)

3、法制備的堿土金屬與稀土陽離子共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷塊體致密度都較高，致密度均在92％以上。
　　采用固相反應(yīng)法制備的SmYb1-xMgxZr2O7-x/2、SmYb1-xCaxZr2O7-x/2、SmDy1-xMgxZr2O7-x/2和SmDy1-xCaxZr2O7-x/2陶瓷塊體的晶體結(jié)構(gòu)由 A2Zr2O7中A位平均陽離子半徑與Zr4+離子半徑的比值 rυ(An+)/r(Zr4+)決定。當(dāng)rυ(An+)/r(Zr4+)<1.

4、46時，A2Zr2O7為缺陷型螢石結(jié)構(gòu)；當(dāng)rυ(An+)/r(Zr4+)>1.46時，A2Zr2O7陶瓷為燒綠石結(jié)構(gòu)。對于SmYb1-xMgxZr2O7-x/2，因為 r(Yb3+)和r(Mg2+)都較小，使得 SmYb1-xMgxZr2O7-x/2陶瓷為缺陷型螢石結(jié)構(gòu)。對于SmYb1-xCaxZr2O7-x/2，雖然 r(Ca2+)較大，但Ca2+離子未完全固溶，所以SmYb1-xCaxZr2O7-x/2為缺陷型螢石結(jié)構(gòu)。而對于SmD

5、y1-xMgxZr2O7-x/2，雖然r(Mg2+)較小，但r(Dy3+)較大，而且由于Dy3+離子固溶于Sm2Zr2O7，使得SmDy1-xMgxZr2O7-x/2陽離子半徑比值較大，從而形成燒綠石結(jié)構(gòu)。對于SmDy1-xCaxZr2O7-x/2，雖然 Ca2+離子未完全固溶，但是因為 r(Dy3+)較大，而且Dy3+離子固溶于Sm2Zr2O7，使得SmDy1-xCaxZr2O7-x/2為燒綠石結(jié)構(gòu)。
　　本文所制備的堿土金屬與

6、稀土陽離子共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷塊體在673-1173K溫度范圍內(nèi)，電導(dǎo)率隨溫度升高均增大。在相同溫度條件下，制備的SmYb1-xMgxZr2O7-x/2(x≤0.15)陶瓷的電導(dǎo)率隨 Mg2+摻雜量的增加而升高，而SmDy1-xMgxZr2O7-x/2(x≤0.20)陶瓷的電導(dǎo)率隨 Mg2+摻雜量的增加而降低；對于SmYb1-xCaxZr2O7-x/2和SmDy1-xCaxZr2O7-x/2(x≤0.20)陶瓷，當(dāng)Ca2+摻雜量較

7、低時(x≤0.10)，電導(dǎo)率變化不大，當(dāng)Ca2+摻雜量較高時電導(dǎo)率下降；在673-1173K溫度范圍內(nèi)，SmDy1-xMgxZr2O7-x/2(x≤0.20)陶瓷的總電導(dǎo)率隨 Ca2+摻雜量的增加而下降；SmDy1-xCaxZr2O7-x/2(x≤0.20)陶瓷在673-1123K溫度范圍內(nèi)總電導(dǎo)率變化趨勢同 SmYb1-xCaxZr2O7-x/2陶瓷相同。隨著溫度升高，制備的堿土金屬與稀土陽離子共摻雜Sm2Zr2O7陶瓷的電導(dǎo)率隨成分