SnO2-ZnO-CuO-Sb2O3电极材料的制备及其性能研究

论文摘要

密实SnO2电极陶瓷材料具有良好的导电性能和抗玻璃液侵蚀性能，是玻璃电熔技术的关键组成部分。论文以SnO2、ZnO、CuO、Sb2O3粉体为原料，采用无压烧结技术制备出含ZnO、CuO及Sb2O3的SnO2基电极陶瓷材料，并系统的研究了其相关性能。ZnO、CuO是良好的烧结助剂，少量ZnO、CuO的加入就能大幅度提高SnO2基陶瓷块体的密度。SnO2基陶瓷的密度随ZnO、CuO含量的增加均呈现先升高后降低的变化趋势。ZnO的最佳掺杂量是1.0mol％，其致密化原理是ZnO与SnO2生成固溶体；CuO的最佳掺杂量是0.5—1.0mol％，CuO是由于在晶界间形成液相而使SnO2致密化。Sb2O3对SnO2基陶瓷的致密化没有帮助。ZnO及CuO的加入不能改善SnO2基陶瓷的电学性能。Sb2O3在高温下氧化生成Sb2O5，Sb5+与SnO2发生固溶反应时能形成额外电子而促使SnO2基陶瓷电阻率的降低，少量Sb2O3的加入即能达到很好的效果。材料的力学强度与材料的致密度及晶粒大小有关。ZnO、CuO能使材料致密，Sb2O3能使晶粒细化。因此，复合掺杂的SnO2基陶瓷具有较好的力学性能。采用玻璃液侵蚀静态测量方法测量SnO2基电极陶瓷在1200℃的钠钙玻璃液的侵蚀速率。结果表明，玻璃溶液易进入SnO2基电极陶瓷的晶间气孔并腐蚀较厚的晶界相层，很难渗入晶内气孔和腐蚀薄的晶界相层。至此，论文获得了综合性能俱佳的SnO2基电极陶瓷材料，其各性能均达到甚至超过国内外现有的SnO2电极产品。材料的组成配方及性能参数分别为：（1）98.5SnO2-1ZnO-0.5Sb2O3，其相对密度为97％、室温电阻率为7.139×10-2ohm·cm、抗弯强度为163.35 MPa、玻璃腐蚀速率3.633×10-4mm／h；（2）SnO2-0.75ZnO-0.25CuO-1.0Sb2O3，其相对密度为96.5％、室温电阻率为6.48×10-3ohm·cm，抗弯强度为205.43MPa，玻璃腐蚀速率为4.367×10-4mm／h。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 玻璃电熔技术及发展状况
• 1.1.2 熔制玻璃的电极材料
• 2基陶瓷材料的研究状况'>1.2 SnO₂基陶瓷材料的研究状况
• 2的基本特性与应用'>1.2.1 SnO₂的基本特性与应用
• 2基陶瓷材料'>1.2.2 SnO₂基陶瓷材料
• 1.3 论文工作的提出与研究目的、意义
• 第2章 实验设计及测试方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法与设计
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器设备
• 2.2.3 实验设计与技术路线
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 试样的显微结构与元素分析
• 2.3.2 材料电阻率的测量
• 2基电极陶瓷材料玻璃液侵蚀速率的测量'>2.3.3 SnO₂基电极陶瓷材料玻璃液侵蚀速率的测量
• 2.3.4 材料抗弯强度的测量
• 2基陶瓷性能的影响'>第3章 单相掺杂对SnO₂基陶瓷性能的影响
• 3.1 引言
• 2-ZnO陶瓷性能的影响'>3.2 ZnO单相掺杂对SnO₂-ZnO陶瓷性能的影响
• 2-ZnO陶瓷致密度的影响'>3.2.1 ZnO含量对SnO₂-ZnO陶瓷致密度的影响
• 2-ZnO陶瓷微观结构的影响'>3.2.2 ZnO含量对SnO₂-ZnO陶瓷微观结构的影响
• 2-ZnO陶瓷的致密化机理'>3.2.3 SnO₂-ZnO陶瓷的致密化机理
• 2-ZnO陶瓷电阻率的影响'>3.2.4 ZnO含量对SnO₂-ZnO陶瓷电阻率的影响
• 2O₃单相掺杂对SnO₂-Sb₂O₃陶瓷性能的影响'>3.3 Sb₂O₃单相掺杂对SnO₂-Sb₂O₃陶瓷性能的影响
• 2O₃含量对SnO₂-Sb₂O₃陶瓷致密度的影响'>3.3.1 Sb₂O₃含量对SnO₂-Sb₂O₃陶瓷致密度的影响
• 2O₃含量对SnO₂-Sb₂O₃陶瓷显微结构的影响'>3.3.2 Sb₂O₃含量对SnO₂-Sb₂O₃陶瓷显微结构的影响
• 2O₃含量对SnO₂-Sb₂O₃陶瓷电阻率的影响'>3.3.3 Sb₂O₃含量对SnO₂-Sb₂O₃陶瓷电阻率的影响
• 2-CuO陶瓷性能的影响'>3.4 CuO单相掺杂对SnO₂-CuO陶瓷性能的影响
• 2-CuO陶瓷致密度的影响'>3.4.1 CuO含量对SnO₂-CuO陶瓷致密度的影响
• 2-CuO陶瓷显微结构的影响'>3.4.2 CuO含量对SnO₂-CuO陶瓷显微结构的影响
• 2-CuO陶瓷的烧结机理'>3.4.3 SnO₂-CuO陶瓷的烧结机理
• 2-CuO陶瓷电阻率的影响'>3.4.4 CuO含量对SnO₂-CuO陶瓷电阻率的影响
• 3.5 小结
• 2基陶瓷性能的影响'>第4章 复合掺杂对SnO₂基陶瓷性能的影响
• 4.1 引言
• 2-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的性能'>4.2 SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的性能
• 2O₃含量对SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷致密度的影响'>4.2.1 Sb₂O₃含量对SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷致密度的影响
• 2O₃含量对SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷显微结构的影响'>4.2.2 Sb₂O₃含量对SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷显微结构的影响
• 2-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的室温电阻率'>4.2.3 SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的室温电阻率
• 2-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的抗弯强度'>4.2.4 SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的抗弯强度
• 2-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的玻璃侵蚀速率'>4.2.5 SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的玻璃侵蚀速率
• 2-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的玻璃液侵蚀机理的探讨'>4.2.6 SnO₂-ZnO-Sb₂O₃陶瓷的玻璃液侵蚀机理的探讨
• 2-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的性能'>4.3 SnO₂-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的性能
• 2-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的致密度'>4.3.1 SnO₂-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的致密度
• 2-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的显微结构'>4.3.2 SnO₂-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的显微结构
• 2-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的室温电阻率'>4.3.3 SnO₂-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的室温电阻率
• 2-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的抗弯强度'>4.3.4 SnO₂-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的抗弯强度
• 2-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的玻璃侵蚀速率'>4.3.5 SnO₂-ZnO-CuO-Sb₂O₃陶瓷的玻璃侵蚀速率
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢