低電阻、高致密二氧化錫陶瓷的制備與科學(xué)研究.pdf

1、二氧化錫電極是玻璃電熔爐的重要組成部分，隨著玻璃電熔技術(shù)的發(fā)展，對二氧化錫電極的性能提出了更高的要求。二氧化錫是一種n型半導(dǎo)體，具有耐高溫、耐侵蝕、高溫導(dǎo)電性優(yōu)良等特點，因此，幾乎可以用于所有玻璃品種的熔制。但目前國內(nèi)二氧化錫電極生產(chǎn)商極少，且產(chǎn)品偏中低檔，高品質(zhì)電極主要依賴進口，研究國產(chǎn)化、高性能二氧化錫電極成為當(dāng)務(wù)之急。 二氧化錫被廣泛運用于氣敏陶瓷、壓敏陶瓷和薄膜等，但都只單一研究其電學(xué)性能或燒結(jié)性能。二氧化錫作為電極，對

2、其性能要求更高，需要電學(xué)性能和燒結(jié)性能俱佳。 本文闡述了一種制備二氧化錫電極的新工藝。運用共沉淀法制備了混合摻雜的二氧化錫原料，并且原料的粒徑達到納米級。由于納米粉體的燒結(jié)活性，可以改善二氧化錫的燒結(jié)性能。直接制得混合摻雜的二氧化錫原料，不僅簡化了工藝過程，還有效降低二氧化錫中的有害雜質(zhì)。 本文從粉體制備、成型工藝與燒結(jié)工藝等作了多方面研究。首先，在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上，添加一種新的摻雜元素—Ce。本文第二章研究原料制備的工藝

3、過程，采用共沉淀法分別制備了Sb、Ce、Cu、Mn摻雜SnO2粉體和各元素混合摻雜的SnO2粉體，通過X-射線衍射表征SnO2晶型和強度，并根據(jù)Scherrer公式計算粉體的平均粒徑為35nm，接近透射電鏡結(jié)果。從XRD結(jié)果看出，摻雜未改變SnO2的晶型，并證明Sb、Ce含量的提高能促進SnO2的結(jié)晶。通過TEM觀測到SnO2粉體顆粒近似球形，隨著煅燒溫度升高，顆粒粒徑增大，且易團聚。 運用混合摻雜的二氧化錫納米粉體為原料制備S

4、nO2電極。本文第三章中研究了制備過程中添加劑的含量、成型壓力和燒結(jié)溫度對樣品電阻率的影響情況，探討了Sb、Ce摻雜機理，并確定了Sb與Ce的最佳比例為2：1(Sb2O3：CeO2)。由于制備的實驗樣品較小，采用常壓成型，并對比不同壓力成型時樣品的電阻率值，發(fā)現(xiàn)最佳成型壓力為30Mpa。燒結(jié)溫度對電阻率的影響十分顯著，溫度升高電阻率下降，但燒結(jié)溫度過高可能導(dǎo)致樣品中出現(xiàn)過多液相，從而不利于導(dǎo)電。 高性能二氧化錫電極還必須有良好的

5、燒結(jié)性能和力學(xué)性能。本文第四章初步探討了新工藝中最佳的燒結(jié)工藝，通過掃描電鏡表征和體積密度測定，分析了不同添加劑含量、成型壓力和燒結(jié)時間等因素對樣品致密的影響程度，制定合理的燒結(jié)制度，樣品的致密度達到96％。實驗也表明CeO2既能提高SnO2電極的導(dǎo)電性能，也有利于燒結(jié)致密化，當(dāng)其含量為1wt％時，與無摻雜CeO2的國產(chǎn)SnO2電極相比，體積密度提高了5.4％，維氏硬度增強了10.7％，韌性增加了13％，同時說明新工藝對于改善SnO2電