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SnO_2-ZnO-CuO-Sb_2O_3电极材料的制备及其性能研究

雷蕾  
【摘要】: 密实SnO_2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SnO_2、ZnO、CuO、Sb_2O_3粉体为原料,采用无压烧结技术制备出含ZnO、CuO及Sb_2O_3的SnO_2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SnO_2基陶瓷块体的密度。SnO_2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SnO_2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SnO_2致密化。Sb_2O_3对SnO_2基陶瓷的致密化没有帮助。 ZnO及CuO的加入不能改善SnO_2基陶瓷的电学性能。Sb_2O_3在高温下氧化生成Sb_2O_5,Sb~(5+)与SnO_2发生固溶反应时能形成额外电子而促使SnO_2基陶瓷电阻率的降低,少量Sb_2O_3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,Sb_2O_3能使晶粒细化。因此,复合掺杂的SnO_2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SnO_2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SnO_2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SnO_2基电极陶瓷材料,其各性能均达到甚至超过国内外现有的SnO_2电极产品。材料的组成配方及性能参数分别为:(1)98.5SnO_2-1ZnO-0.5Sb_2O_3,其相对密度为97%、室温电阻率为7.139×10~(-2)ohm·cm、抗弯强度为163.35 MPa、玻璃腐蚀速率3.633×10~(-4)mm/h;(2)SnO_2-0.75ZnO-0.25CuO-1.0Sb_2O_3,其相对密度为96.5%、室温电阻率为6.48×10~(-3)ohm·cm,抗弯强度为205.43MPa,玻璃腐蚀速率为4.367×10~(-4)mm/h。


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