阴极材料用Pr0.6-xNdxCa0.4FeO3-δ陶瓷的特性

以Pechini法合成了ABO3型钙钛矿结构的Pr0.6-xNdxCa0.4FeO3-δ(x=01,0.3,0.5)系列稀土复合氧化物粉体.用Fourier变换红外光谱和激光共焦Raman光谱对粉体烧结后样品的化学键及物相进行了表征.用热膨胀仪测定烧结样品的热膨胀系数.通过扫描电镜观察样品用作阴极材料时的微结构及阴极/电解质[钐掺杂氧化铈(samarium-doped ceria,SDC)]复合层的断口形貌.结果表明:1 200℃煅烧2h的样品的主晶相为正交钙钛矿,x=0.3的样品是正交与立方相的混合晶.在室温～1 000 ℃范围内,烧结样品的平均热膨胀系数为12.76x10-6/K,与SDC及La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ(LSGM)电解质的热膨胀系数一致.烧结样品内部孔隙分布均匀,孔隙率约35%,阴极/电解质复合层界面清晰.将复合氧化物粉体和SDC在1 200℃煅烧10h没有检测出第三相.     

阴极材料用Pr_(0.6–x)Nd_xCa_0.4FeO_(3–δ)陶瓷的特性

以Pechini法合成了ABO3型钙钛矿结构的Pr0.6-xNdxCa0.4FeO3-δ(x=0.1,0.3,0.5)系列稀土复合氧化物粉体。用Fourier变换红外光谱和激光共焦Raman光谱对粉体烧结后样品的化学键及物相进行了表征。用热膨胀仪测定烧结样品的热膨胀系数。通过扫描电镜观察样品用作阴极材料时的微结构及阴极/电解质[钐掺杂氧化铈(samarium-doped ceria,SDC)]复合层的断口形貌。结果表明:1200℃煅烧2h的样品的主晶相为正交钙钛矿,x=0.3的样品是正交与立方相的混合晶。在室温～1000℃范围内,烧结样品的平均热膨胀系数为12.76×10-6/K,与SDC及La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ(LSGM)电解质的热膨胀系数一致。烧结样品内部孔隙分布均匀,孔隙率约35%,阴极/电解质复合层界面清晰。将复合氧化物粉体和SDC在1200℃煅烧10h没有检测出第三相。     

新型电解质材料La9.33Ge6O26的制备及性能

用柠檬酸和乙二醇做络合剂和燃料,硝酸盐做氧化剂,用氨水调节溶胶的pH值,通过溶胶-凝胶-自燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的新型固体电解质La9.33Ge6O26。通过对样品相关性能的研究发现:1150℃为较佳的烧结温度,此温度制备的La9.33Ge6O26具有高的离子电导率(σ800℃=2.6×10-2S/cm)、低的电导活化能(Ea=0.89eV)、适中的热膨胀性能(从室温到1000℃的热膨胀系数α=9.2×10-6K-1)和良好的化学相容性,与阴极材料La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ一起高温煅烧(800℃)50h没有发生界面化学反应。     

La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3的甘氨酸-硝酸盐法合成与表征

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)制备La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3初级粉料, 研究甘氨酸用量对初级产物和热处理产物的晶体结构和显微形貌的影响, 并用直流四探针法测量烧结体的电导率.在286.8～365.7 ℃范围内, 初级粉料中残余有机物和残碳氧化分解.钙钛矿结构La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3在720.9 ℃左右形成.经750 ℃(保温1 h)热处理即可制得单相钙钛矿结构La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3.甘氨酸-硝酸盐法所制粉体颗粒细小, 有轻微烧结现象, 这是由燃烧温度高导致的, 经短时间研磨后团聚状况可得到改善.与固相合成法相比, GNP法所制样品的电导率较高.     

La0.7Sr0.3Ga0.6Fe0.4O3-δ氧离子导体材料的制备与表征

以相应的金属氧化物和盐为原料,通过甘氨酸-硝酸盐法(GNP)合成出La0.7Sr0.3Ga06Fe04O3-δ(LSGF)粉末,经压制、烧结后,得到LSGF烧结体试样.采用X射线衍射仪(XRD)对所得前驱体及其煅烧后粉体的相组成进行分析;采用扫描电镜(SEM)及X射线冠电子能谱仪(EDS)对烧结体的微观组织和成分进行了观察,还对烧结体的致密度、电导率和热膨胀系数等进行了测试分析.实验结果表明,甘氨酸-硝酸盐法所制备的前驱体粉末在700℃煅烧5h后可获得具有单一钙钛矿结构的LSGF粉末,其晶粒尺寸在45 nm左右,所制备的LSGF烧结体在400～900℃范围的电导率在3.97～4.42 S·cm-1之间,热膨胀系数在9.2 ×10-6 ～11.12 ×10-6 K-1之间.     

EDTA-硝酸盐法制备La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ及其性能

用EDTA-硝酸盐法合成了中温固体氧化物燃料电池的电解质La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ(LSGM).BET法测定了前驱粉体的比表面积.XRD和DTA-TG曲线综合分析了合成过程中的化学反应.热膨胀仪和交流阻抗谱测定了其烧结性能和电化学性能.DTA-TG结果表明粉体在800℃左右开始形成钙钛矿结构,1200℃烧结就可以形成具有完整的钙钛矿结构LSGM样品;XRD表明用该方法合成的LSGM具有纯度高、杂相少等优点;烧结收缩率曲线显示烧结温度比固相法合成低了200℃左右;交流阻抗谱结果计算得到LSGM样品在800℃的电导率为7.5 S/m.     

液相沉淀法制备ZrO2/Al2O3纳米复合粉体

以NH4Al(SO4)2·12H2O,ZrOCl2·8H2O,Y(NO)3为原材料,用NH4HCO3作沉淀剂,控制滴定速度小于5 mL/min,采用液相沉淀法制备了超细3Y-ZrO2/Al2O3前驱体.前驱体为分散的碱式碳酸盐,在1 200℃煅烧得到了分散性良好,平均粒径为20 nm的t-ZrO2和α-Al2O3两相分布均匀的纳米复合粉体.X射线衍射分析显示前驱体在煅烧过程中无中间相γ-Al2O3,θ-Al2O3生成.所制备的粉体具有高的烧结活性.在1 450℃烧结后烧结体相对致密度可达97.4%.     

中温固体氧化物燃料阴极La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ粉体的柠檬酸盐法合成及性能

以金属硝酸盐为原料,柠檬酸盐法合成了用于中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxC0.9Fe0.1O3-δ(LSC-CF,x=0.05、0.10、0.15、0.20)的前驱体,TG-DSC、XRD和SEM研究了LSCCF的形成过程、晶体结构、粉体形貌、催化性能以及与电解质的化学相容性,并在空气气氛下用直流四极探针法测试经1 200℃烧结3 h后LSCCF样品从100℃到800℃的电导率.实验结果表明800℃处理3 h后的LSCCF前驱体可以形成粒度小于20μm钙钛矿结构的粉体,LSCCF样品的电导率随着Ca2+含量的减少而变大,且在500～800℃内均大于500 S/cm.LSCCF粉料可使碳粉的着火点降低14℃并加剧了碳粉的反应.LSCCF阴极与电解质Ce0.8Sm0.2O2具有好的化学相容性.     

制备方法对Pr0.6Sr0.4FeO3-δ结构与性能的影响

采用甘氨酸-硝酸盐、Pechini、柠檬酸-硝酸盐以及尿素-硝酸盐等4种不同的湿化学方法,制备了Pr0.6Sr0.4FeO3-δ复合氧化物粉体.用X射线衍射分析了材料中钙钛矿物相的形成过程及其与中温电解质的化学相容性.用扫描电镜研究了样品的微结构.结果表明:不同方法得到的素坯经1 000℃煅烧2 h即形成钙钛矿结构的固溶体.Pechini法制备的非晶产物煅烧后钙钛矿物相的纯度最高.素坯经1200℃煅烧2 h,所得陶瓷体的总气孔率均为43%～49%;体积密度以柠檬酸-硝酸盐法粉体的样品最高,甘氨酸-硝酸盐法最低.在室温到800℃的温度范围内,Pechini法制备的陶瓷体的热膨胀系数为12.15×10-6/K,与电解质Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)及La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)的数值一致.X射线衍射揭示产物与中温电解质SDC及LSGM具有良好的化学相容性.     

BaO-Al2O3-B2O3-SiO2玻璃/SiO2高膨胀低温共烧陶瓷研究

用BaO-Al2O3-B2O3-SiO2玻璃与二氧化硅复合的方法制备了高膨胀系数低温共烧陶瓷。实验首先制备一组玻璃材料,通过热膨胀测试、DTA等方法研究了玻璃的热学性能,然后用玻璃与石英、方石英和鳞石英晶体按一定比例复合制得高膨胀低温共烧陶瓷。通过烧结试验、XRD等分析方法研究了复相陶瓷材料的烧结收缩性能、晶相组成、热膨胀系数和介电常数。结果表明:50%BaO-7.5%Al2O3-30%B2O3-12.5%SiO2玻璃具有较低的转变温度(520℃)。该玻璃与鳞石英晶体以1:1的比例复合,850℃/10min烧结可以获得热膨胀系数为12.18×10-6K-1、介电常数为5.37的低温共烧陶瓷。     

Ca^2＋掺杂对La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ电解质烧结活性及微结构的影响

用甘氨酸-硝酸盐法（GNP）合成了Ca^2＋掺杂的中温固体氧化物燃料电池电解质粉体La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ（LSCGM）（x=0．02,0．04,0．06,0．08,0．10）。用SEM和XRD等手段对产品的成相过程及微结构进行了表征,用Archimedes排水法进行样品的密度测试。研究结果表明：在La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ体系中引入Ca^2＋可提高粉体的烧结活性,促进坯体的致密化。随着Ca^2＋含量的增加,材料的烧结致密度逐渐提高,x=0．10时相对密度最大。     

(1-y)Ca1-xLa2x/3TiO3-yCa(Mg1/3Nb2/3)O3复合微波介质陶瓷的研究

采用固相合成法制备了 ( 1-y)Ca1 -xLa2x/ 3 TiO3 -yCa(Mg1 / 3 Nb2 / 3 )O3 系列微波介质陶瓷材料 ,研究了复合系统的微波介电性能、烧结性能和微观结构。研究结果表明 :在y =0 .4～ 0 .6范围内 ,体系形成了单一的钙钛矿结构 ;当复合体系组成 0 .5Ca0 .6La0 .2 67TiO3 -0 .5Ca(Mg1 / 3 Nb2 / 3 )O3 时 ,在 14 0 0℃下烧结保温 4小时所得到材料的微波介电性能最佳 ;εf=5 5 ,Q×f =45 0 0 0GHz( 7.6GHz下 ) ,τf=0 .0 4ppm/℃。     

3Y-ZrO2/Al2O3复合粉体制备工艺研究

以Al(NO3)3·9H2O和ZrOCl2·8H2O为主要原料,采用醇-水溶液加热结合共沉淀法制备出前驱体。利用DTA-TG和X射线衍射(XRD)分析研究了前驱体的煅烧过程。结果显示,275℃时前驱体已完全分解为非晶态氧化物,800℃时t-ZrO2开始结晶,至1150℃时出现α-A12O3晶体,获得3Y-ZrO2/A12O3复合粉体。该复合粉体在1400℃下常压烧结,可得到相对密度达90.4%的ZTA陶瓷。     

复合掺杂钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4-xCaxCo1-yNiyO3-δ阴极的制备和电性能

采用固相反应法合成了中温固体氧化物燃料电池新型复合掺杂阴极La0.6Sr0.4-xCaxCo1-yNiyO3-δ（LSCCN）钙钛矿材料。借助XRD对不同掺杂含量所制备的粉体的成相过程和晶体结构进行了研究。实验结果表明：当x=0.4时,Ca元素已经不能很好的掺入到LaCoO3晶格中去。Ni元素含量较小的情况下,不会影响材料的晶体结构,不过当NiO含量稍有增高,制备的粉体的结构发生了明显的变化,已不再具有钙钛矿型的晶体结构,出现了较强的四方K2NiF4结构的LaSrCoO4衍射峰。将制备的LSCCN粉体掺入一定的淀粉和粘结剂制备成固体氧化物燃料电池（SOFC）的阴极。在空气气氛下使用直流四探针法测量了样品从100℃到800℃的电导率值,发现LSCCN系列材料中保持了钙钛矿结构的阴极片具有很高的电导率值,其中Ca2+和Sr2+掺杂各半的情况下制备的阴极片的电导率值最高。掺入较多的Ca2+或较多的Ni2+不仅影响了材料的单一的晶体结构,并且大大降低了材料的电导率值。     

Al2O3/Fe纳米复合粉体的制备及其陶瓷的性能研究

以纳米α-Al2O3和Fe(NO3)3·9H2O为原料,采用非均相沉淀法制备了Fe包裹Al2O3的纳米复合粉体.经XRD、SEM分析发现:复合粉体前驱体经500 ℃焙烧,在H2中700 ℃还原可以得到纳米Fe包裹Al2O3的纳米复合粉体.粉体分散良好,Al2O3表面的纳米Fe粒子呈非连续状态,颗粒为球形,尺寸为30 nm左右,分布均匀.将复合粉体在热压下(30 MPa)烧结获得Al2O3/Fe复合陶瓷,当加入5mol%Fe时,陶瓷的热压烧结温度比单相Al2O3陶瓷降低将近100 ℃.含量为10mol%Fe的陶瓷样品在1500 ℃热压烧结后,断裂韧性可达到5.62 MPa,与相同条件下烧结的单相Al2O3陶瓷(KIc=3.57 MPa)相比提高了近57%.     

不同淬火工艺制备ZrW2O8及其负热膨胀性能研究

以分析纯ZrO2和WO3粉体为原料,采用分步固相法制备出ZrW2O8粉体,冷压成型并在1200℃下烧结4 h后炉冷、空气冷、水冷和液氮淬冷处理.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征.试验结果表明:随着冷却速度的增加,ZrW2O8分解为ZrO2和WO3的比例降低,随炉冷却制备的ZrW2O8完全分解为ZrO2和WO3;空冷制备的ZrW2O8.部分分解为ZrO2和WO3;在水和液氮中淬火得到纯ZrW2O8.在室温到600℃的测试区间内,采用空冷、水和液氮淬冷制备的ZrW2O8.的负热膨胀系数分别为-3.96×10-5K-1、-4.49×10-6 K-1和-5.95×10-6 K-1.     

Al2MO3O12的制备及其负热膨胀性能研究

以分析纯Al2O3和MoO3为原料,采用固相法制备出负热膨胀材料Al2Mo3O12陶瓷.利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)对样品的成分、断面形貌和微观结构进行分析;利用变温拉曼光谱仪、差示扫描量热仪( DSC)和热机械分析仪(TMA)对样品的相变温度和热膨胀特性进行分析.实验结果表明:在750℃烧结12h产物为纯度较高的单斜相Al2Mo3O12陶瓷,其断面的晶粒呈不规则的多边形、排列致密,晶粒均匀、大小约为30 μm;相变点为202℃,低频声子模和高频光学声子模对负热膨胀都有贡献.在230 ～ 700℃其平均热膨胀系数为-1.918×10-6/C,700 ～ 900℃的平均热膨胀系数为-4.6×10-/C.     

共沉淀和低温燃烧法制备Sr0.9Ce0.9V0.1O3-δ陶瓷粉及性能

分别采用基于Pechini法的溶胶低温燃烧法和共沉淀法制备了Sr0.9Ce0.9Y0.1O3-δ(SCY)超细陶瓷粉.应用X射线衍射、扫描电镜、能量散射谱和激光粒度分析仪对陶瓷粉体的结构和组成进行了表征,并研究了两种方法制备的粉体的烧结性能.结果表明用溶胶低温燃烧法制备的SCY粉体为近似球形、粒径小于50nm,粒度分布范围窄,在1250℃烧结致密;用共沉淀法制备的粉体具有钙钛矿结构,粒径小于0.25μm、粒度分布窄,在1300℃烧结致密.此外,SCY致密膜具有一定的透氢作用,850℃氢渗速率在2×10-3 mL·cm-2·min-1左右.     

Er2W3O12陶瓷的制备及其负热膨胀性能研究

以分析纯Er2O3和WO3为原料,采用固相法制备Er2W3O12陶瓷,并利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和热重分析仪(TG)对其结构组分、断面形貌和吸湿特性进行表征.采用热膨胀仪和变温XRD对Er2W3O12陶瓷的负热膨胀特性进行表征.结果表明:在950 ℃烧结6 h制得的Er2W3O12陶瓷结构致密.Er2W3O12材料在室温下容易吸湿,在120 ℃完全失去吸湿水,表现为正交相的Er2W3O12陶瓷,具有良好的负热膨胀性能,其在138~700 ℃的平均热膨胀系数为-7.94×10-6 K-1.变温XRD分析发现:Er2W3O12陶瓷沿三个晶轴方向均表现为负热膨胀,在100~600 ℃温度区间内,Er2W3O12陶瓷的热膨胀系数为-7.81×10-6 K-1.     

热压法制备Al2O3/TiB2/AlN/TiN复合陶瓷

将金属Al,Al3Ti和TiB2以AlTiB中间合金的形式引入Al2O3基体材料中,利用热压法制备Al2O3/TiB2/AlN/TiN复合陶瓷.探讨了复合陶瓷致密化程度与AlTiB体积含量之间的关系.复合陶瓷在烧结过程中属过渡液相烧结.烧结过程中Al,Ti和N2(保护气氛)通过化学反应生成新相AIN和TiN.对热压烧结后材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度进行了测试和分析.分析了复合陶瓷的力学性能随AlTiB体积含量变化的规律.比较了复合陶瓷1500℃和1600℃的相对密度及力学性能.探讨了复合陶瓷断面断裂方式的变化对其力学性能的影响,并分析了AlTiB中间合金的细化特性.