摘要: 对复合掺杂的ZrO<,2>基气敏材料(ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-MgO系列和ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-CaO系列)进行了综合研究,阐明了多种掺杂对ZrO<,2>材料电性能、力学性能和显微结构的影响,并在实验数据基础上对其导电机制进行分析.利用两种烧结制度对部分试样进行烧... 展开 对复合掺杂的ZrO<,2>基气敏材料(ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-MgO系列和ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-CaO系列)进行了综合研究,阐明了多种掺杂对ZrO<,2>材料电性能、力学性能和显微结构的影响,并在实验数据基础上对其导电机制进行分析.利用两种烧结制度对部分试样进行烧结发现,烧结时在1100℃保温20分钟,不但使试样的致密度、导电性提高,而且使抗热震性能优化.由电性能测试结果可知,输出电压随测试温度的升高而增加,但变化是非线性的.随温度的升高氧离子的激活能降低,因而引起跃迁几率增加,同时还有一些本征空位也参与氧离子的传输,从而随着温度的增加使得通过ZrO<,2>固体电解质中的氧离子数目增加,开路电压较低温情况迅速增加.氧化锆材料的离子导电率与掺杂氧化物化学成分及其含量有关,掺杂量增加到某一值时,离子导电率对每种成分掺杂会出现不同的极大值.本文中MY系列和CY系列中导电率最高时,掺杂物的含量分别为:Y<,2>O<,3>为3mol%,MgO为7mol%;Y<,2>O<,3>为3mol%,CaO为4mol%.同时,当掺杂量高于这一值时,其离子导电率反而下降.由抗热震性测试结果可知,CY系列中随CaO含量的增加,抗热震性升高,在10mol%时达到最大值.MY系列中,随MgO含量的增加,抗热震性升高,在6或7mol%达到最大值,然后随MgO含量的增加而下降.相同掺杂量下,掺杂CaO的CY系列抗热震性优于MY系列.在CY系列试样中发现,随着加入的CaCO<,3>增加(即复合材料中含CaO量增加),形成的气孔也增加,不仅在晶界上而且晶内也出现了气孔,材料的致密度下降较多,抗热震性却增加.CaO含量为10mol%时,试样成为多孔陶瓷材料,并且其抗热震性能达到最高.但是当较多的气孔连成贯穿气孔时,其抗热震性下降.MgO加入基体材料后产生双晶结构并伴生气孔,使材料的强度有所降低,但因其形成ZrO<,2>晶粒中MgO含量外高内低的"核"结构,提高了ZrO<,2>材料的抗热震性能.但是,MgO的加入量超过一定值(7mol%)时,MgO在晶界上的严重偏聚又降低了ZrO<,2>复合材料的抗热震性能.氧空位的存在与变化不仅影响着氧化锆相结构的稳定性,而且影响着氧化锆的低温相变过程.对于含有一定量氧空位的亚稳四方相氧化锆,氧空位浓度的增加与减少都会进一步降低其结构稳定性,使之更加容易地向单斜相转变. 收起