Cu-Cu2O金屬陶瓷逾滲與分形分析.pdf

1、本文通過對Cu/Cu2O金屬陶瓷微觀組織表征和導(dǎo)電性的測量，系統(tǒng)研究了導(dǎo)通相Cu含量、形貌、尺寸對金屬陶瓷逾滲行為的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，分析了逾滲臨界指數(shù)的非普適性，提出以骨架密度表征有效導(dǎo)通相含量，為在更深層次上認(rèn)識導(dǎo)體/絕緣體材料的逾滲機(jī)理做出了一定的貢獻(xiàn)。
　　研究發(fā)現(xiàn)，球形Cu粉制備的Cu/Cu2O金屬陶瓷導(dǎo)通門檻值最高，大約在22％左右。隨著球形導(dǎo)通相尺寸的減小，導(dǎo)通門檻值會略有減小，但是減小幅度不明顯。由枝狀Cu粉

2、制備的Cu/Cu2O金屬陶瓷導(dǎo)通門檻值最低，大約在10%左右。而由還原法制備得到的Cu/Cu2O金屬陶瓷導(dǎo)通門檻值基本上和球形Cu粉制備的材料相同，大約在22%左右。通過對晶格逾滲體系分析，在導(dǎo)通相體積相同的條件下，導(dǎo)通相尺寸的減小和長徑比的增加都會降低逾滲門檻值。通過對配位數(shù)變化的計算得知，同比改變導(dǎo)通相的長徑比比減小導(dǎo)通相尺寸使導(dǎo)通門檻值降低更快。對導(dǎo)通相體積分?jǐn)?shù)相同、結(jié)構(gòu)及分布不同的Cu/Cu2O金屬陶瓷電導(dǎo)率進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在相同

3、體積分?jǐn)?shù)的前提下，不同導(dǎo)通相結(jié)構(gòu)及分布會導(dǎo)致完全不同的電導(dǎo)率。枝狀導(dǎo)通相制備的材料電導(dǎo)率最高，還原法制備的其次，球形導(dǎo)通相的最低。
　　在還原法制備的Cu/Cu2O金屬陶瓷的中，首次得到了小于逾滲臨界指數(shù)普適值的導(dǎo)體/絕緣體真實材料體系，t=0.87±0.1。并用骨架密度的概念，假設(shè)逾滲體系中的導(dǎo)通相服從泊松分布，給出了逾滲臨界指數(shù)的預(yù)測模型。說明了逾滲臨界指數(shù)是逾滲體系中骨架密度的函數(shù)。隨著體系中骨架密度的增加，逾滲臨界指數(shù)會降

4、低。在該模型中，逾滲臨界指數(shù)還受結(jié)構(gòu)因子κ影響。導(dǎo)通相結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，κ值越小；導(dǎo)通相結(jié)構(gòu)越簡單，κ值越大。在門檻值附近，逾滲臨界指數(shù)會出現(xiàn)一個先上升后下降的趨勢，說明隨著導(dǎo)通相體積分?jǐn)?shù)的增加，體系中的骨架密度在逾滲門檻值附近不是隨著導(dǎo)通相體積分?jǐn)?shù)的增加而線性增加的。不同導(dǎo)通相結(jié)構(gòu)和分布會使得直流電導(dǎo)率在相同導(dǎo)通相體積分?jǐn)?shù)增加時獲得不同的增量。當(dāng)導(dǎo)通相體積分?jǐn)?shù)與逾滲門檻值差值p?pc從0.01增加到0.1時，枝狀導(dǎo)通相制備的金屬陶瓷增量最大

5、、球形的基本相同、還原法制備的增量最小。
　　隨著導(dǎo)通相Cu含量體積分?jǐn)?shù)的增加，所有Cu/Cu2O金屬陶瓷的分形維數(shù)都呈現(xiàn)增加趨勢。由球形Cu粉和枝狀Cu粉制備的Cu/Cu2O金屬陶瓷，其分形維數(shù)在門檻值附近都有一個先下降后上升的趨勢。說明在門檻值附近，其導(dǎo)通相的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度會出現(xiàn)一個波動，也就是說，其骨架密度會出現(xiàn)波動，并不是隨著導(dǎo)通相體積分?jǐn)?shù)的增加而單調(diào)增加的。在相同導(dǎo)通相體積分?jǐn)?shù)的條件下，不同的導(dǎo)通相的結(jié)構(gòu)和分布，會導(dǎo)致Cu

6、/Cu2O金屬陶瓷具有不同的分形維數(shù)。含枝狀導(dǎo)通相Cu/Cu2O金屬陶瓷的分形維數(shù)最低，球形導(dǎo)通相和還原法制備得到的Cu/Cu2O金屬陶瓷分形維數(shù)接近。并且，球形導(dǎo)通相的分形維數(shù)會隨著導(dǎo)通相尺寸減小而減小。隨著ppc的增加，Cu/Cu2O金屬陶瓷導(dǎo)通相骨架密度的增量會導(dǎo)致其分形維數(shù)繼續(xù)保持增長。對于不同的導(dǎo)通相結(jié)構(gòu)，其增長速度不同。在本論文的材料體系中，枝狀導(dǎo)通相的增長速度比球形導(dǎo)通相的增長速度快，而還原法制備的增長速度基本為零。