復合摻雜ZrO-,2-氧敏材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)鍋爐以及汽車等產業(yè)的快速發(fā)展,具有高電導率、快速響應等特性的Y<,2>O<,3>穩(wěn)定ZrO<,2>(YSZ)氧敏材料受到了廣泛的關注.本文以ZrO<,2>氧敏陶瓷為研究對象,從制備工藝和復合摻雜兩個方面,對材料的納米粉體特性、燒結特性進行了系統(tǒng)研究,對材料的制備過程機理和氧敏性能進行了探索. 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粉體性能的影響.實驗表明:當控制沉淀溫度在40℃-50℃,pH為9-11,分散劑加入量為4﹪時,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、團聚程度小、燒結性能較好的YSZ粉體.研究了造粒方式對燒結性能的影響,發(fā)現(xiàn)噴霧造粒可有效改善氧化鋯陶瓷的燒結性能

3、,噴霧造粒后的8YSZ粉體在1500℃下煅燒4h后,密度可達5.92g/cm<'3>.其主要原因是噴霧造粒可得到分散均勻無團聚粉體,坯體中氣孔小且均勻,燒結時易于排除,因而能夠得到很高的燒結致密度. 而后,將粉體制成圓片,在1450℃-1550℃下燒結2h-4h,表面被鉑后測試其離子電導率和氧敏性能,利用SEM觀察了燒結體的表面形貌.研究了Al<,2>O<,3>和Sc<,2>O<,3>摻雜對YSZ性能的影響.結果表明:Al<,2

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