La_2O_3、Pr_2O_3掺杂SnO_2电极陶瓷材料的制备及其烧结性能的研究

题名:La_2O_3、Pr_2O_3掺杂SnO_2电极陶瓷材料的制备及其烧结性能的研究
作者:李万波
学位授予单位:东华大学
关键词:二氧化锡;;共沉淀;;掺杂;;电阻率;;致密化
摘要:
 SnO_2电极具有优越的高温导电性能,具有对玻璃熔体耐腐蚀、无污染等特性,因此,SnO_2电极几乎可以用于所有玻璃品种的熔制,特别适用于含铅玻璃、光学玻璃等高档玻璃的熔制。由于纯SnO_2本身属于不导电、难烧结的材料,制备SnO_2导电陶瓷首要解决的问题是如何提高SnO_2的导电性能和烧结性能。目前国内SnO_2研究主要集中在气敏陶瓷、压敏陶瓷和导电薄膜等方面,关于SnO_2电极方面的研究很少,国产电极偏中低档,高品质电极主要依赖进口,因此,研究电学性能和烧结性能俱佳的Neodymium Magnets国产二氧化锡电极成为当务之急。
 论文研究了原料制备、成型工艺和烧结工艺等方面,建立了一种新的制备SnO_2电极的工艺方法,并且探讨了不同添加剂及其含量对电极性能的影响。根据各种测试结果分析各掺杂元素、掺杂含量、烧结工艺对SnO_2电极性能的影响机理,成功的制备了电阻率和致密度均优于国产电极的新型SnO_2电极。
 考虑到纳米粉体的粒径小、比表面能大,可以改善SnO_2电极的烧结;另外化学合成法制备的纳米SnO_2原料纯度高,可以减少工业原料带来的杂质。第二章研究了复合掺杂超细SnO_2粉体的制备。采用共沉淀法制备了单元素La掺杂,La、Sb、Ce、Zn复合掺杂超细SnO_2粉体,运用共滴的方式保证pH值的恒定。由XRD和TEM测试可知,得到的SnO_2为四方晶系金红石结构,粉体呈近球形,晶粒发育完整,组织均匀细小,粒径在10-25nm;掺杂不改变SnO_2的晶型,掺杂元素La含量的增加抑制了SnO_2的结晶。
 制备好了粉体,接下来在经历了粉体造粒、干法成型、坯体烘干等过程后得到了复合掺杂SnO_2电极。第三章研究了制备过程中成型压力、烧结温度对样品电阻率的影响,确定成型压力为30Mpa,烧结温度在1300-1400℃时,SnO_2电极电阻率最小。通过添加剂对电阻率的影响发现La_2O_3、Sb_2O_3的掺杂对提高SnO_2电极的电学性能效果显著,并探讨了它们的掺杂导电机理,确定了La_2O_3、Sb_2O_3的最佳掺杂含量为1.5wt%和1.0wt%,该含量下的电阻率为98Ω·cm,远低于国产电极的185Ω·cm。
 La_2O_3的掺杂可以很http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets好的改善SnO_2电极的导电性能,为了探索La_2O_3的掺杂量和烧结工艺对SnO_2电极致密化有什么样的影响。第四章研究确定了最佳烧结方案和最高烧结温度;在最佳烧结工艺下考察了La_2O_3掺杂量对SnO_2电极的体积密度和烧结性能的影响,探讨了La_2O_3掺杂致密化机理。结果表明La_2O_3掺杂对提高SnO_2电极的致密度有很大的帮助。随着La_2O_3含量的增加,样品的体积密度先增大后减小。当La_2O_3含量为1.5wt%时,体积密度最好,能达到6.514g·cm~(-3),优于国产电极的6.4g·cm~(-3)。
 目前SnO_2电极研究几乎没涉及到掺杂稀土元素Pr,为了研究掺杂Pr对电极性能产生的影响,第五章研究了Pr_2O_3掺杂含量对SnO_2电极性能的影响。发现Pr_2O_3的引入对改善二氧化锡电极的性能并不明显。主要是因为Pr_2O_3的引入使其他元素(Zn、La和Sb)向SnO_2晶体表面富集,破坏了SnO_2晶格的完整性和有序性,导致SnO_2电极难以致密化的同时也使其电阻率迅速上升。
学位年度:2010