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《氧化硼對(duì)鋯酸鋇基質(zhì)子導(dǎo)體的燒結(jié)性能及電性能影響的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、http://www.paper.edu.cn氧化硼對(duì)鋯酸鋇基質(zhì)子導(dǎo)體的燒結(jié)性能及電性能影響的研究戚雯，郭瑞松天津大學(xué)先進(jìn)陶瓷與加工技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津（300072）E-mail：qiwen@tju.edu.cn,rsguo@tju.edu.cn摘要：本文研究了氧化硼（B2O3）的加入對(duì)BaY0.1Zr0.9O2.95質(zhì)子導(dǎo)體燒結(jié)性能及電性能的影響。研究表明，加入適量的B2O3（0.75wt%）可以使BZY10的燒結(jié)溫度降低到1500℃，保溫時(shí)間縮短到6h，與未摻入B2O3的BZY10相比，該體系的電性能沒有明顯降低。過量B2O3（>0.75wt
2、%）加入將使其以第二相形式存在于燒結(jié)體中，并降低體系的燒結(jié)性能和電性能。關(guān)鍵詞：BaZr0.9Y0.1O2.95，質(zhì)子導(dǎo)體，助燒劑，B2O3中圖分類號(hào)：TM911.41.引言ABO3型鈣鈦礦氧化物由于具有優(yōu)良的質(zhì)子導(dǎo)電性從而被人們廣泛研究。其中，Y摻雜[1]的BaZrO3表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，具備較高的質(zhì)子導(dǎo)電性且在CO2中工作穩(wěn)定。但Y摻雜的BaZrO3本身具有極高的耐火性能。為將其制成致密的電解質(zhì)材料，往往需要在極端情況下[1][2]燒結(jié)，如高燒結(jié)溫度（1600~1800℃）、長(zhǎng)保溫時(shí)間（24h），極細(xì)的原料顆粒（納米級(jí)）。這些燒結(jié)條件不僅對(duì)反應(yīng)設(shè)備提出
3、很高要求，而且限制電解質(zhì)與電極材料共燒形成共燒組織。P.Babilo等人用檸檬酸絡(luò)合法(Pechini)制備高活性的BaZr0.8Y0.2O3-δ粉體，希望降低鋯酸鹽的燒結(jié)溫度。但此方法耗時(shí)多，過程較復(fù)雜，而且得到的制品也必須在1600℃/25h下才[3]能達(dá)到致密。所以如何降低鋯酸鹽的燒結(jié)溫度是研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問題。本文選擇B2O3作BZY10的助燒劑，是因?yàn)锽2O3熔點(diǎn)低（400℃），容易形成液相以溶解-傳質(zhì)機(jī)理促進(jìn)燒[4]結(jié)；同時(shí)B2O3高溫下容易揮發(fā)，這樣可以減少玻璃相在體系中的殘余量。Sung等人將B2O3引入Ba0.7Sr0.3TiO3的燒結(jié)
4、中，通過控制B2O3的加入量，成功實(shí)現(xiàn)了Ba0.7Sr0.3TiO3的低溫?zé)齕5]結(jié)，同時(shí)對(duì)其介電性能無明顯影響。在此基礎(chǔ)上，我們考慮將B2O3引進(jìn)質(zhì)子導(dǎo)體BaY0.1Zr0.9O2.95(BZY10)的燒結(jié)中，希望可以提高BZY10的燒結(jié)性能，并且不會(huì)明顯降低其質(zhì)子導(dǎo)電性能。2.實(shí)驗(yàn)2.1試樣制備采用純度大于99.9%的Y2O3、ZrO2、BaCO3，按Ba0.9Y0.1ZrO2.95（BZY10）化學(xué)比例配料，以酒精為介質(zhì)球磨混合24h，混合物經(jīng)干燥、破碎、過篩，在1400℃的溫度下煅燒10h得到BZY10單相粉體。煅燒后BZY10粉體與B2O3以去
5、離子水為介質(zhì)球磨5h，烘干研磨過篩造粒后壓制成30mm×6mm×3mm條形生坯，為提高生坯密度及均勻性，進(jìn)行等靜壓制處理（200MPa）。生坯在空氣氣氛中燒結(jié)。2.2性能測(cè)試用阿基米德排水法測(cè)試燒結(jié)體密度。采用X射線衍射（XRD）（RigakuD/Max2500/PC）（Cu靶、Ni濾玻片、電壓30kV、電流150mA，掃描速度0.3°/s，掃描角度20～80°）分析燒-1-http://www.paper.edu.cn結(jié)體相組成和結(jié)構(gòu)。在濕氫氣氣氛中采用直流四端子法測(cè)量試樣在400～800℃范圍內(nèi)的電導(dǎo)率。3.結(jié)果與討論3.1燒結(jié)性能研究在相同的燒結(jié)溫
6、度下，助溶劑越多，形成的液相就越多，燒結(jié)速度也就越快。這就容易[6]產(chǎn)生2種相反的效果：（1）燒結(jié)速度的加快容易提高燒結(jié)體的致密度。（2）燒結(jié)中傳質(zhì)速率過快會(huì)影響氣孔的排出，使得部分氣孔陷于制品中，影響制品的致密度。故首先就必須考慮B2O3的添加量，以便既可以降低燒結(jié)溫度而又不會(huì)顯著影響致密度。100959085801450Density/%15007516007065-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.6BOcontent/wt%23圖1燒結(jié)樣品的密度隨B2O3含量的變化Fig.1DensityofB2O3-dopedBZY10
7、asafunctionofB2O3content圖1示出保溫4h、在不同溫度下B2O3含量與樣品密度之間的曲線圖。在同一燒結(jié)溫度下樣品的密度隨著B2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。當(dāng)燒結(jié)溫度為1450℃時(shí)，密度隨添加量單調(diào)上升的趨勢(shì)表現(xiàn)得較為明顯，盡管添加一定量之后密度增加的趨勢(shì)趨于緩慢。燒結(jié)溫度在1450℃下，未加B2O3的BZY10相對(duì)密度僅為66.6%，而BZY10-1.5B的相對(duì)密度已經(jīng)達(dá)到92.12%?？梢夿2O3的加入可以大幅提高樣品的致密度。但當(dāng)燒結(jié)溫度繼續(xù)提高，只有適量加入B2O3才能得到高致密的燒結(jié)制品，若加入B2O3量過多，反而會(huì)降低BZ
8、Y10密度。以樣品在1500℃下燒結(jié)時(shí)的情況為例：當(dāng)B2O3加入量為0.75wt
