导电陶瓷的研究进展

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1、导电陶瓷的研究进展摘要本文介绍了导电陶瓷的应用领域，综述了导电陶瓷的制备方法，还介绍了电火花加工导电陶瓷的研究现状，最后还对导电陶瓷的发展方向进行了展望。关键词导电陶瓷，应用，制备，加工方法V、八.亠.1刖S导电陶瓷材料是指陶瓷材料中具备离子导电、电子/空穴导电的一种新型功能材料。导电陶瓷材料是从20世纪初期发展起来的，尤其是近十年来，关于新型导电陶瓷开发、传统导电陶瓷的改性、陶瓷材料与器件的一体化研究与应用等方面的研究十分活跃［1］。导电陶瓷具有抗氧化、抗腐蚀、抗辐射、耐高温和长寿命等特点，可用于固体燃料电池电极、气敏元件、高温加热体、固定电阻器、氧化

2、还原材料、铁电材料和高临界温度超导材料等方面［2］。木文对导电陶瓷的制备方法和加工方法进行了综述。2导电陶瓷的制备方法目前导电陶瓷的制备方法，主要有湿化学方法、无压烧结法、化学气相扩渗法和微波烧结法等。2.1湿化学方法湿化学法主要有溶胶-凝胶法和共沉淀法。溶胶-凝胶法常以金属无机盐、金属有机盐或金属醇盐为原料，加入酒石酸、柠檬酸或醋酸为络合剂制备前驱体，加热蒸发得到溶胶，继续蒸发形成凝胶，干燥后熾烧即可得到粉体，将粉体压制成形、焙烧，使其致密，最后得到导电陶瓷。共沉淀法常以金属无机盐为原料，制备成水溶液，再加入沉淀剂（如氨水、草酸）以得到沉淀产物，干燥后

3、熾烧、压制成形、焙烧，最后得到导电陶瓷。吴敏艳等人［3］采用溶胶-凝胶法制备了粒径为30~60nm的超细粉，采用速控烧结制度在较短的烧结时间里获得相对密度为98%、平均晶粒度小于1Pm的致密陶瓷。王歆等人［4］用溶胶-凝胶法，在A1203衬底上制备了导电性能优良的BaPbO3（BPO）导电薄膜。研究发现，升高热处理温度和增加热处理次数使薄膜屮Pb/Ba摩尔比降低和膜厚减小，从而使薄膜电阻升高，薄膜导电性能下降，尤其是在膜层较薄的情况下，这种影响更加显著。采用670°C保温lOmin的单次热处理方法，获得了方阻为4.65Q/cm的单一钙钛矿结构BPO相导电

4、陶瓷膜。刘心宇等人［5］利用液相共沉淀法制备了BaPbO3导电陶瓷粉末。研究发现，采用液相共沉淀法能明显降低BaPbO3粉末的合成温度，其合成温度约为650°C左右；液相法制备的BaPbO3粉末纯度高、粒度细；液相共沉淀法制得的BaPbO3导电陶瓷的室温电阻率约为3.4X10-4Q•cm,并在750°C前具有优良的正温度系数（PTC）阻温特性。刘心宇等人［6］还采用化学液相共沉淀法制备了掺杂La的BaPbO3导电陶瓷粉末，将粉末压制成形，在950°C下烧结后发现，La在BaPbO3中的固溶度为10%；随着La的增加，BaPb03的室温电阻率呈

5、W形变化（如图1所示）。在La含量较低时，导电机制可能是电子导电形式，而当La含量较高时，其导电性可能主要是由费米能级的Pb之6s和（）之2p轨道的重叠而引起的。2.2固相烧结法固相烧结法是一种制备陶瓷材料的传统方法，将陶瓷原料粉末混合均匀后压制成形，在高温下无压（或有压）烧结，随炉冷却后便得到所需的陶瓷材料。土春华等人［7］采用常压法获得致密的碳化硅烧结体，体积密度为3.12g/cm3,电阻率为0・165Q•m；该陶瓷在300〜600°C温度范围内表现出明显的负电阻率温度系数。为提高导电陶瓷的导电能力，常对陶瓷进行掺杂。刘汉忠研究了Ce掺杂

6、LaO.5-xCexBaO.5Co03陶瓷时，发现该陶瓷材料是一种电子、空穴和氧离子混合导电的陶瓷材料；LaO.5-xCexBaO.5Co03的x在0.1〜0.5变化时，电阻率P随Ce的掺杂量增加而单调上升。图2给出了烧结温度为1080°C和］100°C时,样品的室温电阻率P（niQ/cm）与Ce的加入量x的关系。何汉兵等人⑻利用冷压-烧结技术制备了CuO掺杂的10Ni0-NiFe204复合陶瓷，在1473K下烧结的CuO掺杂10Ni0-NiFe204复合陶瓷的电导率与CuO含量有关（如图3所示），当未掺杂CuO时，在303K到773K温度范围内电导率随

7、温度的升高而逐渐增加，随后在773-923K出现1〜2个数量级的突降，然后重新随温度的升高而缓慢上升，当掺杂CuO后，电导率在298-1233K内随着温度的升高而增加。4%CuO掺杂10NiO-NiFe204复合陶瓷在不同测试温度下均具备最高电导率，在1233K下达到5.169S/cm,是未掺杂样品的5倍。将绝缘的陶瓷基体与导电相复合，通过固相烧结也可得到导电陶瓷。在导电复合材料中，只有导电相体积分数大于临界值时，即导电相的掺量大于导电阀值时，导电相颗粒在绝缘基体中便形成了一个连续的导电网络，使复合材料具有导电性能。复合材料的电阻抗不仅仅依赖于导电相的体

8、积分数，还依赖于能够导电的临界值［9］。Kobel等人［10］以工业的A1203