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SnO_2基陶瓷的SPS制备及其导电性能研究
作 者: 李成章
导 师: 张联盟
学 校: 武汉理工大学
专 业: 复合材料学
关键词: SnO2基陶瓷 SPS 烧结致密化 相对密度 室温电阻率
分类号: TQ174.65
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
SnO2基陶瓷以其良好的导电性、化学稳定性等优良性能备受工业领域的关注,在工业和医用温度计、液面控制、液体流量测定和放大器功率增益放大控制器,以及太阳能电池、导电靶材和玻璃炼制等行业具有广泛的应用。然而Sn02在高温烧结中的Sn4+和O2-离子自扩散系数很低,SnO2容易挥发,生成SnO(g)和1/2O2(g),使得纯SnO2陶瓷的烧结特性非常差。关于改善SnO2的烧结特性与电性能的研究报道非常多,主要是采用化学方法制备复合粉体,添加复合烧结助剂的传统无压烧结方法和特殊的烧结方法三种。本文采用SPS (Spark Plasma Sintering)烧结,在较低的温度下完成烧结过程,克服SnO2在高温烧结中的挥发与分解,同时通过掺入烧结助剂来有效提高其烧结性能和导电性能,从而获得综合性能良好的SnO2基陶瓷。CuO是一种良好的烧结助剂,少量CuO的掺杂能够明显的提高的烧结性能。随着CuO掺杂量的增加,SnO2基陶瓷的密度和相对密度呈现出先增大后减小的趋势。Sb2O3的掺杂能使得SnO2基陶瓷的密度和相对密度略有提高,但并不明显。SnO2基陶瓷材料的电学性能随着烧结温度的变化和CuO的掺杂,变化并不明显。但Sb2O3的掺杂能显著提高SnO2基陶瓷的电学性能,少量的掺杂即能达到较明显的效果,而通过复合式掺杂能够获得综合性能较好的试样。本文通过系统的实验分析,确定压力40MPa,升温速率:200℃/分钟,保温时间:3分钟作为本文实验的最佳工艺,并通过改变各掺杂组分的含量和烧结温度,以此获得性能优良的试样。至此,当CuO掺杂量为1.0 mol%烧结温度1000℃时,SnO2基陶瓷的密度和相对密度分别达到6.93g·cm-3和99.7%。当Sb2O3掺杂量为0.5 mol%,烧结温度950℃时,试样的密度和相对密度分别达到6.80 g·cm-3和97.21%,而室温电阻率达到2.35×10-2Ω·cm。材料的组成配方为SnO2-1.0CuO-1.0Sb2O3的试样在烧结温度为950℃,其相对密度可达96.2%,密度可达6.71 g·cm-3,而室温电阻率能达到1.47×10-2Ω·cm。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第1章 绪论 9-20 1.1 研究背景 10-13 1.1.1 熔制玻璃的SnO_2电极材料的应用 10-12 1.1.2 ATO及靶材中的应用 12-13 1.2 SnO_2基陶瓷材料的研究状况 13-18 1.2.1 SnO_2的基本特性与应用 13-14 1.2.2 SnO_2基陶瓷材料的研究进展 14-18 1.3 论文工作的提出与研究目的、内容 18-20 第2章 实验设计及测试方法 20-26 2.1 引言 20 2.2 实验方法与设计 20-24 2.2.1 实验原料 20-21 2.2.2 实验仪器设备 21-23 2.2.3 实验设计与技术路线 23-24 2.3 测试方法 24-26 2.3.1 试样的显微结构与物相分析 24 2.3.2 材料室温电阻率的测量 24-26 第3章 纯SnO_2陶瓷的SPS烧结致密化研究 26-37 3.1 引言 26 3.2 纯SnO_2陶瓷的SPS烧结工艺研究 26-31 3.2.1 烧结压力对密度和相对密度的影响 26-27 3.2.2 升温速率对密度和相对密度的影响 27-28 3.2.3 保温时间对密度和相对密度的影响 28-29 3.2.4 烧结温度对密度和相对密度的影响 29-31 3.3 纯SnO_2陶瓷的物相结构分析 31-32 3.4 纯SnO_2陶瓷的显微结构分析 32-33 3.5 纯SnO_2陶瓷的SPS致密化机理分析 33-35 3.6 小结 35-37 第4章 含烧结助剂的SnO_2基陶瓷的SPS烧结致密化研究 37-51 4.1 引言 37 4.2 含CuO的SnO_2基陶瓷的SPS烧结致密化 37-43 4.2.1 含CuO的SnO_2基陶瓷的密度和相对密度 37-39 4.2.2 含CuO的SnO_2基陶瓷的物相结构分析 39-40 4.2.3 含CuO的SnO_2基陶瓷的显微结构分析 40-43 4.3 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的烧结致密化 43-46 4.3.1 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的密度和相对密度 43-44 4.3.2 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的物相分析 44-45 4.3.3 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的显微结构 45-46 4.4 复合掺杂CuO-Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的烧结致密化 46-50 4.4.1 复合掺杂的SnO_2基陶瓷的密度和相对密度 46-48 4.4.2 复合掺杂的Sb_2O_3陶瓷的显微结构分析 48-50 4.5 小结 50-51 第5章 SnO_2基陶瓷室温电阻率的测试与分析 51-58 5.1 引言 51 5.2 纯SnO_2陶瓷的室温电阻率 51-52 5.3 含CuO的SnO_2基陶瓷的室温电阻率 52 5.4 含Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的室温电阻率 52-54 5.5 复合掺杂CuO-Sb_2O_3的SnO_2基陶瓷的室温电阻率 54-56 5.6 小结 56-58 第6章 结论 58-60 参考文献 60-65 致谢 65
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 生产过程与设备 > 烧成及设备
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