Sr、Mg掺杂LaGaO3电解质的化学制备、力学性能及热震性的研究

论文摘要

1994,Ishihara等人率先报道了在中温下具有高氧离子电导率、可用于中温固体氧化物燃料电池（SOFCs）的一种新型电解质—Sr、Mg掺杂的LaGaO3。随后,在世界范围内掀起了对其研究的高潮,如材料的结构、蠕变等。研究结果显示,合成纯的掺杂LaGaO3相是较为困难的,因此本文就尝试了采用固相反应法、甘氨酸法和丙烯酰胺凝胶法三种方法来合成原料粉体;用X射线衍射仪（XRD）分析粉体的成相情况;扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和激光粒度仪来检测合成粉体的形貌、粒径尺寸和粒度分布;研究了所得粉体的烧结性能;用阿基米德法测量试样的致密度;扫描电子显微镜对烧结体进行表面、断面的形貌观察。 在对该材料体系的力学性能的报道中,原料粉体不是利用固相反应法制备,就是采用甘氨酸法合成。尚未见有从“将两种方法所制备的粉体进行复合“方面来研究粉体合成方法对材料的性能的影响。因此本文就将固相法和甘氨酸法所的粉体进行复合,来研究其对材料的抗弯强度的影响。结果显示,随甘氨酸法所得粉体含量的增加,材料的抗弯强度逐渐下降,断裂模式也由沿晶断裂为主转变为穿晶断裂为主。 对陶瓷材料的另一基本性能—抗热震性,目前尚未见报道。考虑到SOFCs的实际应用要求,特别是用于汽车工业时,伴随着频繁的升温—降温过程。因此有必要研究材料的抗热震性。结果表明,材料的临界热震温差为75℃左右,且热震裂纹的扩展方式为准静态方式;热疲劳试验显示,材料的抗热疲劳性能较差;空气为淬火介质研究表明,既便在ΔT=800℃下数次热循环后,裂纹也几乎没有扩展,说明就这方面而言,材料仍是可以用作固体氧化物燃料电池的电解质。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 固体氧化物燃料电池的特点及发展现状
• 1.3 固体氧化物燃料电池的工作原理
• 1.4 固体氧化物燃料电池对基本组件材料的要求
• 2-)的扩散'>1.5 氧离子(O^2-)的扩散
• 2-)的扩散与电导率的关系'>1.6 氧离子(O^2-)的扩散与电导率的关系
• 3基固体电解质材料的研究现状'>1.7 LaGaO₃基固体电解质材料的研究现状
• 1.8.课题研究目的和意义
• 3固体电解质材料制备及其性能测试'>第二章 Sr、Mg掺杂的LaGaO₃固体电解质材料制备及其性能测试
• 2.1 试验方案和成分设计
• 2.1.1 实验原料
• 1-xSr_xGa_1-yMg_yO_{3-（（x+y）/2）}试样的制备'>2.2 La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_{3-（（x+y）/2）}试样的制备
• 2.2.1 试样的制备工艺流程图
• 2.2.2 原料粉末的性能指标
• 2.2.3 测试试样的制备过程
• 2.2.4 试样后处理
• 2.3 试样性能测试
• 2.3.1 烧结体密度测试
• 2.3.2 抗弯强度测试
• 2.3.3 断裂韧性测试
• 2.3.4 硬度的测试
• 2.4 试样的相分析以及显微组织表征的方法
• 2.4.1 XRD物相分析以及点阵常数的测定
• 2.4.2 SEM观察和EDX能谱分析
• 3粉体的制备'>第三章 Sr、Mg掺杂LaGaO₃粉体的制备
• 3.1 引言
• 3粉体'>3.2 固相反应法合成Sr、Mg掺杂的LaGaO₃粉体
• 3.2.1 前言
• 3.2.2 试验过程
• 3.2.2.1 主要原料
• 3.2.2.2 粉体合成
• 3.2.2.3 粉体表征
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.3.1 LSGM粉体相组成
• 3.2.3.2 粉体形貌分析
• 3.2.3.3 晶格常数的计算
• 3.2.3.4 粉体的烧结活性
• 3粉体'>3.3 甘氨酸法合成Sr、Mg掺杂的LaGaO₃粉体
• 3.3.1 前言
• 3.3.2 试验过程
• 3.3.2.1 主要原料
• 3.3.2.2 粉体制备
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.3.1 化学计量比
• 3.3.3.2 物相分析
• 3.3.3.3 粉体形貌观察
• 3.3.3.4.粉体的烧结性能
• 3粉体'>3.4 丙烯酰胺凝胶法合成Sr、Mg掺杂的LaGaO₃粉体
• 3.4.1 前言
• 3.4.2 试验过程
• 3.4.2.1 主要原料
• 3.4.2.2 粉体合成
• 3.4.2.3 粉体表征
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.4.3.1 物相分析
• 3.4.3.2 粉体形貌观察
• 3.4.3.3 烧结收缩分析
• 3.4.3.4 烧结性能
• 3.5 本章小结
• 3基电解质力学性能及热震性的研究'>第四章 LaGaO₃基电解质力学性能及热震性的研究
• 4.1 前言
• 3力学性能'>4.2 Sr、Mg掺杂的LaGaO₃力学性能
• 4.2.1 前言
• 4.2.2 试验过程
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.2.3.1 物相分析
• 4.2.3.2 烧结体
• 4.2.3.3 力学性能
• 4.3 热震性和热疲劳研究
• 4.3.1 前言
• 4.3.2 试验过程
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.3.3.1 力学性能
• 4.3.3.2 抗热震性
• 4.3.3.3 热疲劳试验
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况