摻雜型氧化鋯半導體陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、ZrO2陶瓷具有高硬度、高致密度、高溫導電性等許多優(yōu)異性能，但其低溫及常溫導電性極差，極大地限制了其作為半導體陶瓷的應用。通過摻雜改性，有望獲得常溫下具有半導體性能及其它優(yōu)異性能兼顧的ZrO2復合陶瓷材料。本文通過在ZrO2中單獨或混合摻雜Ti、Y2O3和C粉末制成ZrO2復合陶瓷材料，系統研究了摻雜量和燒結制度對導電性、致密度及硬度的影響。借助XRD、EDS、SEM確定其相組成、顯微組織與元素分布狀況，利用DX200H型電阻率測試儀、

2、阿基米德排水法及維氏硬度計分別測試了燒結體的電阻率、致密度及硬度，在此基礎上，探討了ZrO2基復合陶瓷材料的導電機制。本文得到的主要結論如下：
　　1.將適量的Ti、Y2O3和C單獨或共同摻雜ZrO2粉末后，通過壓制成型和燒結，均可制得ZrO2復合陶瓷。Y2O3的摻雜，有利于生成室溫下穩(wěn)定的四方及立方ZrO2，同時Ti的加入促進了ZrO2晶型向立方相的轉變，而C的加入對ZrO2晶型轉變沒有影響，晶型的轉變有利于改善導電性。

3、　　2.Ti的摻雜可以提高晶界導電性從而有效改善 ZrO2陶瓷的電性能，使室溫下ZrO2陶瓷從絕緣體變成半導體。隨著Ti含量的增加，復合陶瓷電阻率逐漸降低后趨于平緩，導電性與之相反，Ti摻雜量為30wt.％時，電阻率低至2.98×10-1Ω·cm。由于Y2O3的摻雜通過改善離子導電性來提高ZrO2陶瓷導電性，在相同Ti含量的情況下，Y2O3的摻雜使電阻率在同一數量級有所降低，當摻雜20wt.%Ti、3mol%Y2O3時，電阻率為1.99

4、×10-1Ω·cm。片狀石墨摻雜ZrO2陶瓷可以形成導電的網狀結構，從而降低陶瓷電阻率。同樣在摻雜碳的基礎上，隨著Y2O3的加入，同一數量級電阻率繼續(xù)降低，低至1.24×10-1Ω?cm。
　　3.不同的燒結溫度和保溫時間對ZrO2陶瓷電阻率亦有影響。鈦釔共摻雜ZrO2半導體陶瓷，隨著燒結溫度的升高或保溫時間的增加，電阻率呈遞減趨勢，當燒結溫度為1400℃、保溫3h時電阻率最低為8.14×10-2Ω·cm。
　　4.復合陶瓷

5、致密度隨 Ti含量及燒結溫度的增加而增加，Ti摻雜量為30wt.%、燒結溫度為1500℃時，致密度為97.65%。Y2O3的摻雜導致氣孔增多而不利于致密度的提高。球磨處理使混合粉末顆粒細化可有效提高復合陶瓷的致密度，球磨處理燒結后的鈦釔共摻雜復合陶瓷，1450℃燒結2h，其致密度可達99%。摻雜碳的ZrO2陶瓷其整體致密度均低，且隨著碳含量的增加其致密度呈下降的趨勢。
　　5.Ti摻雜復合陶瓷硬度隨Ti含量和燒結溫度的增加而增加，