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ZrO_2-Y_2O_3-MgO三元系气敏材料的制备和相关性能的研究

王贵

  在ZrO_2—Y_2O_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_2O_3,因而从电性能/价格比角度而言,ZrO_2—Y_2O_3—MgO三元电解质材料较之于传统的Y_2O_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_2O_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_2O_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……   
[关键词]:ZrO_2;气敏陶瓷;Y_ZO_3;MgO;导电性;抗热震性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:山东大学2006年
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