论文摘要
本文研究了新的低膨胀导电氧化物陶瓷系统，涉及ZrO2（TiO2）-Ta2O5、Sb2O3（Ta2O5，Cr2O3）-SnO2、R2O3-TiO2-Cr2O3系统。用烧结法制备出多种类型的低膨胀导电陶瓷。采用绝缘电阻仪、热膨胀仪（TD）、X-射线衍射分析仪（XRD）、电子显微镜（SEM）等仪器对导电陶瓷的电导性、热膨胀性和晶体结构进行了研究；讨论了导电陶瓷的低膨胀机理和电导率与组成、结构的依存关系。结果表明：1、在Ta2O5基导电陶瓷材料中，二元ZrO2-Ta2O5陶瓷表现出在较大组成范围有低热膨胀性。在X（掺杂金属原子摩尔百分比）等于13～66.6％的范围，陶瓷的热膨胀系数为0.82～6.22×10-6K-1，热膨胀系数随掺杂金属原子百分比X的增加而增大；在X小于13％的范围，表现出负膨胀：在X=2.0～10％之间，热膨胀系数为-3.231×10-6K-1～-4.730×10-7K-1。Ga2O3-Ta2O5陶瓷在低掺杂量时出现负膨胀，在X=4～10％时，热膨胀系数为-1.43×10-7K-1～-2.41×10-6K-1。二元TiO2-Ta2O5陶瓷在X=2～20％的范围，膨胀系数都小于2.5×10-6K-1，随着TiO2的掺杂百分比的增加，先增加后降低，趋于1.5×10-6K-1。ZrO2-Ta2O5陶瓷的电导率在低组分比的时候，随着ZyO2组分的增加，820℃的电导率逐渐升高，当X=16％时，电导率达到最大值0.385×10-3S／cm。当X≥16％时，随着掺杂比例的增加电导率逐渐降低，对应高于200～820℃的电导活化能为0.90eV。TiO2-Ta2O5陶瓷随着TiO2的百分比的增加，820℃的电导率先升高后降低，在X=2.0～20％的范围，电导率0.261～2.422×10-3S／cm，当X=4.2％时达到最大值，对应高于200～820℃的电导活化能为0.77eV。2、在SnO2基导电陶瓷材料中，Sb2O3-SnO2系统陶瓷在X=0.5～3％，820℃的电导率为0.25～3.013×10-3S／cm，当X=1.70％，电导率有最大值3.013×10-3S／cm，对应于30～400℃的电导活化能为0.04eV，400～800℃的电导活化能为0.22eV：其膨胀系数在4.0～4.7×10-6K-1之间。Ta2O5-SnO2系统陶瓷在X=0.5～3％，820℃的电导率为0.44～9.42×10-3S／cm，当X=1.6％，电导率有最大值9.42×10-3S／cm；其膨胀系数在2.81～4.42×10-6K-1之间。Cr2O3-SnO2系统电导率随X先升高后降低，在X=15～83％的范围，820℃的电导率为0.22～3.37×10-3S／cm，当X=55.6％时，有最高值3.37×10-3S/cm，随着Cr2O3量的增多电导率又呈下降趋势，其电导活化能为0.99eV；其膨胀系数在4.5～6.7×10-6K-1范围。3、TiO2-Cr2O3系统陶瓷的电导率很高，在X=5～95％的范围，820℃的电导率为1.1～62.7×10-3S／cm，当X=29.41％时，有最高值62.7×10-3S／cm；其膨胀系数在5.8～8.5×10-6K-1范围；4、多组分系统导电陶瓷R2O3-TiO2-Cr2O3系统中以Al2O3、Y2O3、La2O3替代TiO2，替代量为20％，40％，60％和80％时，820℃的电导率为0.29～4.75×10-3S／cm，膨胀系数为5.78～7.35×10-6K-1。Ta2O5-Sb2O3-SnO2系统陶瓷以Ta2O5和Sb2O3同比例掺杂SnO2，掺杂量为0.5～2.5％，820℃的电导率为0.34～1.78×10-4S／cm，膨胀系数为4.17～4.75×10-6K-1。Sb2O3／CuO-Cr2O3-SnO2系统陶瓷中，不同比例组成陶瓷820℃的电导率为0.06～4.17×10-3S／cm；膨胀系数为3.74～6.29×10-6K-1。