稀土氧化物CeO2、La2O3摻雜SnO2基陶瓷的性能研究.pdf

1、二氧化錫屬于n型半導(dǎo)體，是一種寬帶系半導(dǎo)體材料，帶寬范圍為3.6～4.0eV。載流子主要為晶格中的自由電子，純二氧化錫不宜作導(dǎo)電陶瓷，但在摻雜后能成為良好的導(dǎo)電體。
　　 二氧化錫被廣泛地運用于氣敏陶瓷、熱敏陶瓷、壓敏陶瓷以及薄膜等，但都只單一研究其電學(xué)性能或燒結(jié)性能。二氧化錫具有耐高溫、耐侵蝕、高溫導(dǎo)電性優(yōu)良等特點，因此作為工業(yè)電極可以用于熔制幾乎所有的玻璃品種。二氧化錫陶瓷電極應(yīng)同時具備更好的導(dǎo)電性能、燒結(jié)性能以及力學(xué)應(yīng)能以

2、滿足玻璃熔制過程中特殊的環(huán)境及性能要求。
　　 本文采用傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)工藝制備二氧化錫基陶瓷，并通過摻雜稀土元素氧化物對其進行改性。利用XRD對稀土摻雜的SnO2陶瓷晶型測試分析；利用SEM觀察試樣的微觀形貌；利用EDS進行成分分析；利用阿基米德原理測試分析試樣的體積密度及致密度；測試并分析試樣的常溫電阻率及電阻率-溫度變化情況。
　　 本文首先通過正交實驗的方法研究了在三個水平下(0.25wt％、0.50wt％、1.0

3、0wt％)下，CeO2、Sb2O3、MnO2、ZnO的摻雜對SnO2基陶瓷常溫電阻率、體積密度以及致密度的影響情況，結(jié)果表明:Sb2O3的摻雜可以明顯降低SnO2基陶瓷常溫電阻率，MnO2、ZnO的是摻雜對SnO2基陶瓷常溫電阻率及體積密度的影響較?。欢?dāng)CeO2的摻雜量由0.25wt％升高至1.00wt％時，SnO2陶瓷電阻率升高了1.6倍，但可使SnO2陶瓷的致密度提高至95.8％。通過XRD、SEM測試分析可知，隨著CeO2摻雜量

4、的增加，SnO2晶體生長趨于完整，致密度得到提高，同時又導(dǎo)致其內(nèi)部的氧空位、自由電子以及其它載流子的減少，從而使得SnO2陶瓷的常溫電阻率大幅度升高。
　　 其次，研究了La2O3摻雜對SnO2基陶瓷電阻率及微觀結(jié)構(gòu)的影響。La2O3的引進能夠促進SnO2晶體生長，在一定的摻雜范圍內(nèi)，能夠顯著地降低SnO2基陶瓷電阻率。在La2O3的摻雜量為0.50wt％時，SEM測試發(fā)現(xiàn)SnO2基陶瓷內(nèi)部出現(xiàn)了非相交第二相晶體，經(jīng)XRD及ED

5、S分析知該第二相晶體為La2Sn2O7，新生相會增加結(jié)構(gòu)中離子排列的混亂度，提高結(jié)構(gòu)中空位的濃度，進而使SnO2基陶瓷的電阻率大幅降低，電阻率最低為334O·cm，僅為無La2O3摻雜試樣電阻率的15％左右；當(dāng)La2O3的摻雜量升高至1.00wt％時，非相變第二相晶體La2Sn2O7明顯減少，SnO2基陶瓷的電阻率反而升高。
　　 本文還研究了La2O3摻雜對SnO2基陶瓷致密度及力學(xué)性能的影響。0.50wt％La2O3的試樣的