復(fù)合摻雜ZrO-,2-氧敏材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)鍋爐以及汽車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,具有高電導(dǎo)率、快速響應(yīng)等特性的Y<,2>O<,3>穩(wěn)定ZrO<,2>(YSZ)氧敏材料受到了廣泛的關(guān)注.本文以ZrO<,2>氧敏陶瓷為研究對(duì)象,從制備工藝和復(fù)合摻雜兩個(gè)方面,對(duì)材料的納米粉體特性、燒結(jié)特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究,對(duì)材料的制備過程機(jī)理和氧敏性能進(jìn)行了探索. 首先,以ZrOCl<,2>和Y<,2>O<,3>等為原料,采用共沉淀法制備了摻雜不同含量Al<,2>O<,3>和Sc<,2>O<,

2、3>的YSZ粉體,通過TG-DSC、XRD、TEM等表征粉體的物相組成、粒徑大小和粒度分布等,研究了沉淀溫度、分散劑加入量、沉淀pH值和煅燒溫度等因素對(duì)粉體性能的影響.實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)控制沉淀溫度在40℃-50℃,pH為9-11,分散劑加入量為4﹪時(shí),微波干燥后在800℃煅燒1h后可以得到粒徑約為15nm、粒度分布均勻、分散性好、團(tuán)聚程度小、燒結(jié)性能較好的YSZ粉體.研究了造粒方式對(duì)燒結(jié)性能的影響,發(fā)現(xiàn)噴霧造?？捎行Ц纳蒲趸喬沾傻臒Y(jié)性能

3、,噴霧造粒后的8YSZ粉體在1500℃下煅燒4h后,密度可達(dá)5.92g/cm<'3>.其主要原因是噴霧造?？傻玫椒稚⒕鶆驘o團(tuán)聚粉體,坯體中氣孔小且均勻,燒結(jié)時(shí)易于排除,因而能夠得到很高的燒結(jié)致密度. 而后,將粉體制成圓片,在1450℃-1550℃下燒結(jié)2h-4h,表面被鉑后測(cè)試其離子電導(dǎo)率和氧敏性能,利用SEM觀察了燒結(jié)體的表面形貌.研究了Al<,2>O<,3>和Sc<,2>O<,3>摻雜對(duì)YSZ性能的影響.結(jié)果表明:Al<,2

4、>O<,3>能夠與原料中的雜質(zhì)SiO<,2>反應(yīng),起到凈化晶界的作用,并能形成液相有效促進(jìn)燒結(jié),提高燒結(jié)體的致密度. 摻雜1﹪摩爾比Al<,2>O<,3>的8YSZ材料在1450℃下燒結(jié)4h,密度可高達(dá)6.01g/cm<'3>. Sc<,2>O<,3>-Y<,2>O<,3>-ZrO<,2>三元系統(tǒng)難以燒結(jié)致密化,Al<,2>o<,3>的加入能改善其燒結(jié)性.電學(xué)性能和氧敏性能測(cè)試表明:在700℃的測(cè)試溫度下,1A1-8YS