離子摻雜及燒結(jié)氣氛對(duì)A2Zr2O7陶瓷組織及電性能的影響.pdf

1、本文采用高溫固相反應(yīng)法在真空或空氣氣氛制備出((Nd0.7Yb0.3)1–xSmx)2Zr2O7、((Sm0.5Gd0.5)1–xYbx)2Zr2O7、((Sm0.5Gd0.5)1–xSrx)2Zr2O7–δ、((Sm0.5Gd0.5)1–xCax)2Zr2O7–δ和SmGd(Zr1–xNbx)2O7+δ五個(gè)體系的稀土鋯酸鹽陶瓷。采用X射線衍射、激光拉曼光譜、掃描電鏡和交流阻抗譜等分析測(cè)試方法對(duì)不同稀土鋯酸鹽陶瓷的組織結(jié)構(gòu)、不同溫度下的

2、電學(xué)性能及熱膨脹性能進(jìn)行了研究。
　　對(duì)不同離子摻雜及不同燒結(jié)氣氛制備A2Zr2O7陶瓷的氧空位濃度進(jìn)行了計(jì)算。發(fā)現(xiàn)摻雜 A2Zr2O7陶瓷的氧空位濃度隨氧分壓的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在A位+2價(jià)元素?fù)诫s時(shí)，由于其發(fā)生了缺陷反應(yīng)，可得到高的氧空位濃度，而在Zr位摻雜+5價(jià)離子的材料不適合在低氧分壓下燒結(jié)制備。
　　稀土鋯酸鹽的結(jié)構(gòu)主要取決于A位和Zr位的離子半徑比值。SmGdZr2O7陶瓷為有序的燒綠石結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行Yb摻雜后

3、固溶體的有序度逐漸降低，當(dāng)Yb含量達(dá)到15mol.％時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槿毕菪臀炇Y(jié)構(gòu)；而對(duì) SmGdZr2O7陶瓷進(jìn)行 Sr、Ca、Nb摻雜后仍然得到燒綠石結(jié)構(gòu)，但Sr和Ca離子在SmGdZr2O7中的固溶度并不高，更趨向于形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的SrZrO3和CaZrO3。Sr和Ca離子摻雜可起到助燒作用，促進(jìn)了致密化過程。真空燒結(jié)((Sm0.5Gd0.5)1–xYbx)2Zr2O7的晶體結(jié)構(gòu)與空氣氣氛下燒結(jié)陶瓷相同。真空燒結(jié)((Nd0.7Yb0.3)

4、1–xSmx)2Zr2O7陶瓷為有序燒綠石相。
　　稀土鋯酸鹽陶瓷由無序度的提高所導(dǎo)致的可移動(dòng)氧空位濃度的升高和氧離子遷移阻力的增大都會(huì)影響電導(dǎo)率，這兩者相互矛盾，通常有一種因素占主導(dǎo)作用。((Sm0.5Gd0.5)1–xYbx)2Zr2O7材料結(jié)構(gòu)逐漸向缺陷型螢石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。x=0.05時(shí)電導(dǎo)率最高，此時(shí)依然為有序燒綠石相，部分有序結(jié)構(gòu)有利于提高電導(dǎo)率。((Sm0.5Gd0.5)1–xCax)2Zr2O7–δ體系中，Ca離子摻雜含

5、量為2.5mol.%時(shí)總電導(dǎo)率在該體系中最高。對(duì)于SmGd(Zr1–xNbx)2O7+δ材料體系，雖然通過計(jì)算可知材料中的氧空位減少，但引入了質(zhì)子電導(dǎo)，對(duì)提高電導(dǎo)率有利，摻Nb含量5mol.%時(shí)1173K下的電導(dǎo)率最高，為1.41×10–2S·cm–1。真空燒結(jié)((Sm0.5Gd0.5)1–xYbx)2Zr2O7和((Nd0.7Yb0.3)1–xSmx)2Zr2O7陶瓷，氧空位濃度增加，電導(dǎo)率均有升高。對(duì)電導(dǎo)率較高的((Nd0.7Yb0