摘要: 在ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>二元系统中添加第三组元从而构成三元系统是目前ZrO<,2>基固体电解质材料研制领域的一个热点。由于MgO的价格远低于Y<,2>O<,3>，因而从电性能/价格比角度而言，ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-MgO三元电解质材料较之于传统的Y<,2>O<,3>稳定Z... 展开 在ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>二元系统中添加第三组元从而构成三元系统是目前ZrO<,2>基固体电解质材料研制领域的一个热点。由于MgO的价格远低于Y<,2>O<,3>，因而从电性能/价格比角度而言，ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-MgO三元电解质材料较之于传统的Y<,2>O<,3>稳定ZrO<,2>材料具有更强的市场竞争力，是一个很有发展潜力的新系统。本论文立足于汽车用浓差型氧传感器的研究，根据相关氧传感器的生产流程，对汽车用氧传感器的核心部件ZrO<,2>-Y<,2>O<,3>-MgO(MY系列)固体电解质器件生产中粉体的混合、蜡浆的制备、模具制备、烧结工艺、电极制作、成品的电性能测试，抗热震性能测试等方面进行了细致的研究。 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下迅速增加。 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系列中，导电率最高时，掺杂物的含量分别为：Y<,2>O<,3>为3mol％，MgO为5mol％。同时，当掺杂高于这一值时，其离子导电率反而下降。 利用X-Ray衍射、SEM、电子探针等测试手段研究了ZrO<,2>气敏材料的微观结构，通过试验结果的分析，发现试样烧结较为理想。从SEM显微结构分析，加入第二种稳定剂后，颗粒分布较为均匀，有部分晶粒长大现象。从电子探针显微结构分析显示，各个试样中MgO与ZrO<,2>混合的比较均匀，MgO没有发生偏析，部分聚集等现象。 由抗热震性测试结果可知，MY系列中，随MgO含量的增加，抗热震性升高，在5mol％左右达到最大值，然后随MgO含量的增加而降低。MgO加入基体材料后产生双晶结构并伴生气孔，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(5mol％左右)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，氧空位的浓度的增加与减少都会进一步降低其结构的稳定性，使之更加容易地向单斜相转变。 收起