摻雜型氧化鋯半導(dǎo)體陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、ZrO2陶瓷具有高硬度、高致密度、高溫導(dǎo)電性等許多優(yōu)異性能，但其低溫及常溫導(dǎo)電性極差，極大地限制了其作為半導(dǎo)體陶瓷的應(yīng)用。通過(guò)摻雜改性，有望獲得常溫下具有半導(dǎo)體性能及其它優(yōu)異性能兼顧的ZrO2復(fù)合陶瓷材料。本文通過(guò)在ZrO2中單獨(dú)或混合摻雜Ti、Y2O3和C粉末制成ZrO2復(fù)合陶瓷材料，系統(tǒng)研究了摻雜量和燒結(jié)制度對(duì)導(dǎo)電性、致密度及硬度的影響。借助XRD、EDS、SEM確定其相組成、顯微組織與元素分布狀況，利用DX200H型電阻率測(cè)試儀、

2、阿基米德排水法及維氏硬度計(jì)分別測(cè)試了燒結(jié)體的電阻率、致密度及硬度，在此基礎(chǔ)上，探討了ZrO2基復(fù)合陶瓷材料的導(dǎo)電機(jī)制。本文得到的主要結(jié)論如下：
　　1.將適量的Ti、Y2O3和C單獨(dú)或共同摻雜ZrO2粉末后，通過(guò)壓制成型和燒結(jié)，均可制得ZrO2復(fù)合陶瓷。Y2O3的摻雜，有利于生成室溫下穩(wěn)定的四方及立方ZrO2，同時(shí)Ti的加入促進(jìn)了ZrO2晶型向立方相的轉(zhuǎn)變，而C的加入對(duì)ZrO2晶型轉(zhuǎn)變沒(méi)有影響，晶型的轉(zhuǎn)變有利于改善導(dǎo)電性。

3、　　2.Ti的摻雜可以提高晶界導(dǎo)電性從而有效改善 ZrO2陶瓷的電性能，使室溫下ZrO2陶瓷從絕緣體變成半導(dǎo)體。隨著Ti含量的增加，復(fù)合陶瓷電阻率逐漸降低后趨于平緩，導(dǎo)電性與之相反，Ti摻雜量為30wt.％時(shí)，電阻率低至2.98×10-1Ω·cm。由于Y2O3的摻雜通過(guò)改善離子導(dǎo)電性來(lái)提高ZrO2陶瓷導(dǎo)電性，在相同Ti含量的情況下，Y2O3的摻雜使電阻率在同一數(shù)量級(jí)有所降低，當(dāng)摻雜20wt.%Ti、3mol%Y2O3時(shí)，電阻率為1.99

4、×10-1Ω·cm。片狀石墨摻雜ZrO2陶瓷可以形成導(dǎo)電的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而降低陶瓷電阻率。同樣在摻雜碳的基礎(chǔ)上，隨著Y2O3的加入，同一數(shù)量級(jí)電阻率繼續(xù)降低，低至1.24×10-1Ω?cm。
　　3.不同的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)ZrO2陶瓷電阻率亦有影響。鈦釔共摻雜ZrO2半導(dǎo)體陶瓷，隨著燒結(jié)溫度的升高或保溫時(shí)間的增加，電阻率呈遞減趨勢(shì)，當(dāng)燒結(jié)溫度為1400℃、保溫3h時(shí)電阻率最低為8.14×10-2Ω·cm。
　　4.復(fù)合陶瓷

5、致密度隨 Ti含量及燒結(jié)溫度的增加而增加，Ti摻雜量為30wt.%、燒結(jié)溫度為1500℃時(shí)，致密度為97.65%。Y2O3的摻雜導(dǎo)致氣孔增多而不利于致密度的提高。球磨處理使混合粉末顆粒細(xì)化可有效提高復(fù)合陶瓷的致密度，球磨處理燒結(jié)后的鈦釔共摻雜復(fù)合陶瓷，1450℃燒結(jié)2h，其致密度可達(dá)99%。摻雜碳的ZrO2陶瓷其整體致密度均低，且隨著碳含量的增加其致密度呈下降的趨勢(shì)。
　　5.Ti摻雜復(fù)合陶瓷硬度隨Ti含量和燒結(jié)溫度的增加而增加，