[發(fā)明專利]一種鈦釔共摻雜氧化鋯常溫半導(dǎo)體陶瓷材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510366070.3
• 申請(qǐng)日: 2015-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN104944946B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂振林;曾倩倩;賈磊;岳明娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01B1/08
• 分類號(hào): H01B1/08;C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦釔共摻雜氧化鋯常溫半導(dǎo)體陶瓷材料的制備方法。

背景技術(shù)

由于氧化鋯陶瓷材料具有獨(dú)特的化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)，因此在高溫、導(dǎo)電、機(jī)械以及光學(xué)等領(lǐng)域都有特殊用途，根據(jù)用途其大致可以分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大應(yīng)用。

在結(jié)構(gòu)陶瓷方面，由于其具有高韌性、高抗彎強(qiáng)度和高耐磨性、優(yōu)異的隔熱性能以及熱膨脹系數(shù)接近于鋼等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用，主要用于Y-TZB磨球、微型風(fēng)扇軸心、耐磨刀具以及切割工具等方面。

作為功能陶瓷，其具有耐高溫、高強(qiáng)度以及敏感性高等優(yōu)異性能，故廣泛應(yīng)用于諸如氧傳感器、高溫發(fā)熱體以及壓電材料等領(lǐng)域。氧化鋯因具有氧離子傳導(dǎo)性、在高溫下導(dǎo)電性能增強(qiáng)，故可作為能源材料用于制造固體燃料電池；氧化鋯目前在光通訊重要元件、光纖維連接器等領(lǐng)域，以及集成電路基板、電容、電阻等元件的電子領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用；氧化鋯還具備半導(dǎo)體性和敏感特性，可用作半導(dǎo)體材料及氧探測(cè)器材料。

但是由于純氧化鋯陶瓷在常溫下為絕緣體，電阻率高達(dá)10¹³Ω*cm，現(xiàn)有的研究表明摻雜其他物質(zhì)的氧化鋯陶瓷材料導(dǎo)電性仍然不甚理想，這就大大限制了氧化鋯陶瓷在常溫導(dǎo)電領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦釔共摻雜氧化鋯常溫半導(dǎo)體陶瓷材料的制備方法，解決了現(xiàn)有的氧化鋯陶瓷難以達(dá)到常溫導(dǎo)電性的缺點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種鈦釔共摻雜氧化鋯常溫半導(dǎo)體陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將稱量好的ZrO₂、Y₂O₃、Ti粉末放入混料罐中加入磨球進(jìn)行混粉處理，混粉完畢后取出烘干得到混合粉末；

步驟二，將步驟一中烘干得到的混合粉末進(jìn)行造粒壓樣得到成型樣品；

步驟三，將步驟二中得到的成型樣品進(jìn)行排膠燒結(jié)；

步驟四，將步驟三排膠燒結(jié)完成的成型樣品放入真空爐內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，隨爐冷卻后即得鈦釔共摻雜氧化鋯常溫半導(dǎo)體陶瓷材料。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟一中ZrO₂、Y₂O₃、Ti粉末的平均粒徑均為5um，Y₂O₃粉末占ZrO₂粉末摩爾分?jǐn)?shù)的3％-8％，Ti粉末占ZrO₂粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-30％，磨球?yàn)檠趸喦颍デ蛸|(zhì)量與ZrO₂、Y₂O₃、Ti粉末質(zhì)量之和相等，混粉時(shí)間為8h-12h。

步驟二中將步驟一中烘干得到的混合粉末進(jìn)行造粒壓樣得到成型樣品具體步驟為：

將混合粉末放入研缽中研磨并混合均勻，一次過篩后加入適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑研磨后進(jìn)行烘干處理，烘干完成后進(jìn)行二次過篩，將二次過篩得到的顆粒進(jìn)行預(yù)壓破碎后再進(jìn)行三次過篩，然后將得到的顆粒通過干壓成型制得成型樣品，其中，粘結(jié)劑為聚乙烯醇溶液，一次過篩的篩孔大小為100-200目，二次過篩和三次過篩的篩孔大小為20-40目，干壓成型時(shí)的成型壓強(qiáng)為200MPa-490MPa，保壓時(shí)間為1min-3min。

步驟一和步驟二中的烘干溫度均為50℃-80℃，烘干時(shí)間為1h-3h。

步驟三排膠燒結(jié)時(shí)，在0℃-200℃時(shí)升溫速率為5℃-10℃/min，200℃-550℃時(shí)升溫速率為2℃-5℃/min，并在550℃時(shí)保溫1h-2.5h。

步驟四中高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)溫度為1300℃-1500℃，升溫速率為5℃-15℃/min，保溫時(shí)間為1h-3h。

步驟三和步驟四中燒結(jié)均使用真空熱壓燒結(jié)爐，并采用真空燒結(jié)方式。