MgO-Al-,2-O-,3--YSZ系氣敏陶瓷材料制備與性能研究.pdf

1、YSZ固體電解質(zhì)具有良好的氧離子導(dǎo)電性，良好的機(jī)械性能，優(yōu)秀的耐氧化和耐腐蝕性及不與電極材料反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)而成為制作氧傳感器和燃料電池的優(yōu)選材料，該材料的成型和摻雜研究已成為材料研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。本文以3mol﹪YSZ材料為基相，摻入不同含量的MgO和Al<,2>O<,3>粉體，利用熱壓鑄和凝膠注模方法成型陶瓷坯體，為獲得性能更好的氧離子固體電解質(zhì)，對(duì)電性能、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等進(jìn)行了細(xì)致的分析。 利用Zeta電位、沉降實(shí)驗(yàn)和測(cè)定

2、料漿粘度等方法，研究了水基料漿中最佳分散劑種類及其用量、適用的pH值以及最佳體積固相含量。發(fā)現(xiàn)對(duì)于YSZ粉體，利用DA分散劑pH值為10時(shí)，效果最好，可制得54vol﹪的流動(dòng)性較好的陶瓷料漿。而對(duì)于MgO粉體，經(jīng)65/169分散劑分散后再與YSZ料漿混合效果最好。由于凝膠注模成型中有機(jī)物含量少，排膠過程可與燒結(jié)過程同時(shí)進(jìn)行，并且相對(duì)熱壓鑄成型能大大縮短排膠時(shí)間，簡(jiǎn)化工藝。 利用掃描電鏡和測(cè)試材料致密度等手段研究材料燒結(jié)制度，最終

3、燒結(jié)溫度為1550℃下燒結(jié)2h。通過測(cè)試電導(dǎo)率和輸出電壓分析了Al<,2>O<,3>或MgO摻雜對(duì)YSZ固體電解質(zhì)電性能的影響，適量的氧化物摻雜能增加氧化鋯材料的缺陷濃度，改善晶粒電導(dǎo)，也能與SiO<,2>等雜質(zhì)形成電導(dǎo)性能稍好的反應(yīng)物，但是過量的氧化物將會(huì)引起缺陷締合，將在晶界處阻礙氧空位的移動(dòng)，從而減小電導(dǎo)率。發(fā)現(xiàn)溫度與電導(dǎo)率關(guān)系基本符合Arrhcnius理論，低溫下各樣品電導(dǎo)率相差較大，隨著測(cè)量溫度的升高，差距逐漸縮??；摻雜Al<

4、,2>O<,3>系列試樣隨溫度升高電導(dǎo)活化能升高，并且在550℃前后變化明顯。MgO和Al<,2>O<,3>共同摻雜的系列試樣電導(dǎo)率最好，其中同時(shí)摻雜5mol﹪MgO和1mol﹪．Al<,2>O<,3>的樣品電導(dǎo)率最高。 利用XRD、SEM和能譜分析材料微觀結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)燒結(jié)體晶粒較細(xì)，尺寸分布較為均勻，摻雜過量將出現(xiàn)部分晶粒異常長(zhǎng)大現(xiàn)象。MgO摻雜量為8mol﹪時(shí)試樣相組成已經(jīng)全部為立方相，能譜分析發(fā)現(xiàn)元素分布均勻，摻雜氧化物沒有