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SnO_2基陶瓷的SPS制备及其导电性能研究

作　者: 李成章
导　师: 张联盟
学　校: 武汉理工大学
专　业: 复合材料学
关键词: SnO2基陶瓷 SPS 烧结致密化相对密度室温电阻率
分类号: TQ174.65
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

SnO2基陶瓷以其良好的导电性、化学稳定性等优良性能备受工业领域的关注,在工业和医用温度计、液面控制、液体流量测定和放大器功率增益放大控制器,以及太阳能电池、导电靶材和玻璃炼制等行业具有广泛的应用。然而Sn02在高温烧结中的Sn4+和O2-离子自扩散系数很低,SnO2容易挥发,生成SnO(g)和1/2O2(g),使得纯SnO2陶瓷的烧结特性非常差。关于改善SnO2的烧结特性与电性能的研究报道非常多,主要是采用化学方法制备复合粉体,添加复合烧结助剂的传统无压烧结方法和特殊的烧结方法三种。本文采用SPS (Spark Plasma Sintering)烧结,在较低的温度下完成烧结过程,克服SnO2在高温烧结中的挥发与分解,同时通过掺入烧结助剂来有效提高其烧结性能和导电性能,从而获得综合性能良好的SnO2基陶瓷。CuO是一种良好的烧结助剂,少量CuO的掺杂能够明显的提高的烧结性能。随着CuO掺杂量的增加,SnO2基陶瓷的密度和相对密度呈现出先增大后减小的趋势。Sb2O3的掺杂能使得SnO2基陶瓷的密度和相对密度略有提高,但并不明显。SnO2基陶瓷材料的电学性能随着烧结温度的变化和CuO的掺杂,变化并不明显。但Sb2O3的掺杂能显著提高SnO2基陶瓷的电学性能,少量的掺杂即能达到较明显的效果,而通过复合式掺杂能够获得综合性能较好的试样。本文通过系统的实验分析,确定压力40MPa,升温速率：200℃/分钟,保温时间：3分钟作为本文实验的最佳工艺,并通过改变各掺杂组分的含量和烧结温度,以此获得性能优良的试样。至此,当CuO掺杂量为1.0 mol%烧结温度1000℃时,SnO2基陶瓷的密度和相对密度分别达到6.93g·cm-3和99.7%。当Sb2O3掺杂量为0.5 mol%,烧结温度950℃时,试样的密度和相对密度分别达到6.80 g·cm-3和97.21%,而室温电阻率达到2.35×10-2Ω·cm。材料的组成配方为SnO2-1.0CuO-1.0Sb2O3的试样在烧结温度为950℃,其相对密度可达96.2%,密度可达6.71 g·cm-3,而室温电阻率能达到1.47×10-2Ω·cm。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 研究背景  10-13
    1.1.1 熔制玻璃的SnO_2电极材料的应用  10-12
    1.1.2 ATO及靶材中的应用  12-13
  1.2 SnO_2基陶瓷材料的研究状况  13-18
    1.2.1 SnO_2的基本特性与应用  13-14
    1.2.2 SnO_2基陶瓷材料的研究进展  14-18
  1.3 论文工作的提出与研究目的、内容  18-20
第2章实验设计及测试方法  20-26
  2.1 引言  20
  2.2 实验方法与设计  20-24
    2.2.1 实验原料  20-21
    2.2.2 实验仪器设备  21-23
    2.2.3 实验设计与技术路线  23-24
  2.3 测试方法  24-26
    2.3.1 试样的显微结构与物相分析  24
    2.3.2 材料室温电阻率的测量  24-26
第3章纯SnO_2陶瓷的SPS 烧结致密化研究  26-37
  3.1 引言  26
  3.2 纯SnO_2陶瓷的SPS烧结工艺研究  26-31
    3.2.1 烧结压力对密度和相对密度的影响  26-27
    3.2.2 升温速率对密度和相对密度的影响  27-28
    3.2.3 保温时间对密度和相对密度的影响  28-29
    3.2.4 烧结温度对密度和相对密度的影响  29-31
  3.3 纯SnO_2陶瓷的物相结构分析  31-32
  3.4 纯SnO_2陶瓷的显微结构分析  32-33
  3.5 纯SnO_2陶瓷的SPS致密化机理分析  33-35
  3.6 小结  35-37
第4章含烧结助剂的SnO_2基陶瓷的SPS烧结致密化研究  37-51
  4.1 引言  37
  4.2 含CuO的SnO_2基陶瓷的SPS烧结致密化  37-43
    4.2.1 含CuO的SnO_2基陶瓷的密度和相对密度  37-39
    4.2.2 含CuO的SnO_2基陶瓷的物相结构分析  39-40
    4.2.3 含CuO的SnO_2基陶瓷的显微结构分析  40-43
  4.3 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的烧结致密化  43-46
    4.3.1 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的密度和相对密度  43-44
    4.3.2 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的物相分析  44-45
    4.3.3 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的显微结构  45-46
  4.4 复合掺杂CuO-Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的烧结致密化  46-50
    4.4.1 复合掺杂的SnO_2基陶瓷的密度和相对密度  46-48
    4.4.2 复合掺杂的Sb_2O_3陶瓷的显微结构分析  48-50
  4.5 小结  50-51
第5章 SnO_2基陶瓷室温电阻率的测试与分析  51-58
  5.1 引言  51
  5.2 纯SnO_2陶瓷的室温电阻率  51-52
  5.3 含CuO的SnO_2基陶瓷的室温电阻率  52
  5.4 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的室温电阻率  52-54
  5.5 复合掺杂CuO-Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的室温电阻率  54-56
  5.6 小结  56-58
第6章结论  58-60
参考文献  60-65
致谢  65

SnO_2基陶瓷的SPS制备及其导电性能研究

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