鋱基氧化物陶瓷顯微結(jié)構(gòu)分析和電學(xué)特性研究.pdf

1、在2009年，課題組發(fā)現(xiàn)稀土氧化物Tb4O7陶瓷具有良好非線性，而且其抗老化性能相比于傳統(tǒng)ZnO壓敏陶瓷有很大提高，很有潛力發(fā)展成為新型壓敏材料。通過課題組深入研究，發(fā)現(xiàn)純Tb4O7陶瓷致密度差、非線性系數(shù)低，這些缺點限制了它在電路保護領(lǐng)域的使用。本文結(jié)合課題組之前的研究，采用摻入多種金屬氧化物的方法，研究氧化物摻雜對Tb4O7陶瓷電學(xué)性能和顯微組織的影響，力求提高Tb4O7陶瓷的致密性及其非線性，使其有可能被大規(guī)模的應(yīng)用。之前使用了大

2、量金屬氧化物進行摻雜，但是都沒有得到令人滿意的結(jié)果，最后發(fā)現(xiàn)CuO摻入樣品后可以大大提高Tb4O7陶瓷的燒結(jié)性能，使其在1100℃的溫度下就擁有非常好的致密度和較大的非線性系數(shù)，該溫度明顯低于以前使用的1350℃。因為1026℃氧化銅會轉(zhuǎn)換成氧化亞銅，在高溫下CuO起到了“液相燒結(jié)”的效果。用Al2O3對Tb4O7陶瓷摻雜，發(fā)現(xiàn)Al2O3只能在小范圍內(nèi)提高Tb4O7陶瓷致密度，而且隨著摻入量的增加，顯微結(jié)構(gòu)沒有實質(zhì)性的改變，電學(xué)性能差。

3、所以最后選定CuO作為提高Tb4O7性能的摻雜物。XRD和SEM結(jié)果表明了Cu原子在高溫下會取代Tb4O7晶格中的Tb原子引起晶格畸變，產(chǎn)生大量缺陷，形成了很多的氧空位。氧空位促進了物質(zhì)傳遞，提高了物質(zhì)的擴散系數(shù)，從而促進了Tb4O7陶瓷致密化，加速了晶粒生長。摻雜濃度5.0％的樣品具有最大的致密度96.2％和晶粒尺寸4.2μm，相比之前樣品70％致密度和0.4μm晶粒尺寸，有了非常大的提升。
　　在燒結(jié)降溫階段，氧吸附于Tb4O

4、7陶瓷的晶界，被吸附的氧和晶格中自由電子結(jié)合，在晶界處形成肖特基勢壘，產(chǎn)生了非線性電學(xué)行為。為了探索氣氛對Tb4O7陶瓷性能的影響，將其置于氬氣、氧氣、氬氣-氧氣環(huán)境燒結(jié)。在氬氣中燒結(jié)的Tb4O7陶瓷致密度差、晶粒細小、電導(dǎo)率差，但是具有很高的非線性系數(shù)。該現(xiàn)象與Pr6O11在氬氣中燒結(jié)樣品結(jié)果相同，氬氣燒結(jié)后Tb4O7陶瓷產(chǎn)生大量氧空位缺陷，這些缺陷聚集在晶界處形成了高能量勢壘，提高了非線性系數(shù)。氧氣能夠明顯提高Tb4O7陶瓷的致密性

5、和非線性，通過氧氣處理的樣品，晶粒生長更好，非線性系數(shù)更大。隨著CuO含量增加，第二相Cu2Tb2O5開始聚集在晶界處，阻礙了物質(zhì)運輸，大大降低了陶瓷密度和晶粒尺寸。
　　CuO-Tb4O7具有優(yōu)異的顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能。配合課題組之前的研究，選用WO3和Al2O3摻入CuO-Tb4O7陶瓷，觀察其結(jié)構(gòu)和性能的變化。根據(jù)實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論是WO3還是Al2O3都不能明顯提高CuO-Tb4O7陶瓷的電學(xué)性能，主要是因為多相產(chǎn)生后阻礙了