復合摻雜ZrO-,2-氣敏陶瓷材料成分優(yōu)化與綜合性能研究.pdf

1、對復合摻雜的ZrO<,2>基氣敏材料(ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-MgO系列和ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-CaO系列)進行了綜合研究,闡明了多種摻雜對ZrO<,2>材料電性能、力學性能和顯微結(jié)構(gòu)的影響,并在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對其導電機制進行分析.利用兩種燒結(jié)制度對部分試樣進行燒結(jié)發(fā)現(xiàn),燒結(jié)時在1100℃保溫20分鐘,不但使試樣的致密度、導電性提高,而且使抗熱震性能優(yōu)化.由電性能測試結(jié)果可知,輸出電壓隨測試溫度的升高而增加

2、,但變化是非線性的.隨溫度的升高氧離子的激活能降低,因而引起躍遷幾率增加,同時還有一些本征空位也參與氧離子的傳輸,從而隨著溫度的增加使得通過ZrO<,2>固體電解質(zhì)中的氧離子數(shù)目增加,開路電壓較低溫情況迅速增加.氧化鋯材料的離子導電率與摻雜氧化物化學成分及其含量有關(guān),摻雜量增加到某一值時,離子導電率對每種成分摻雜會出現(xiàn)不同的極大值.本文中MY系列和CY系列中導電率最高時,摻雜物的含量分別為:Y<,2>O<,3>為3mol%,MgO為7m

3、ol%;Y<,2>O<,3>為3mol%,CaO為4mol%.同時,當摻雜量高于這一值時,其離子導電率反而下降.由抗熱震性測試結(jié)果可知,CY系列中隨CaO含量的增加,抗熱震性升高,在10mol%時達到最大值.MY系列中,隨MgO含量的增加,抗熱震性升高,在6或7mol%達到最大值,然后隨MgO含量的增加而下降.相同摻雜量下,摻雜CaO的CY系列抗熱震性優(yōu)于MY系列.在CY系列試樣中發(fā)現(xiàn),隨著加入的CaCO<,3>增加(即復合材料中含Ca

4、O量增加),形成的氣孔也增加,不僅在晶界上而且晶內(nèi)也出現(xiàn)了氣孔,材料的致密度下降較多,抗熱震性卻增加.CaO含量為10mol%時,試樣成為多孔陶瓷材料,并且其抗熱震性能達到最高.但是當較多的氣孔連成貫穿氣孔時,其抗熱震性下降.MgO加入基體材料后產(chǎn)生雙晶結(jié)構(gòu)并伴生氣孔,使材料的強度有所降低,但因其形成ZrO<,2>晶粒中MgO含量外高內(nèi)低的"核"結(jié)構(gòu),提高了ZrO<,2>材料的抗熱震性能.但是,MgO的加入量超過一定值(7mol%)時,