[发明专利]一种钛钇共掺杂氧化锆常温半导体陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种钛钇共掺杂氧化锆常温半导体陶瓷材料的制备方法。

背景技术

由于氧化锆陶瓷材料具有独特的化学键及晶体结构，因此在高温、导电、机械以及光学等领域都有特殊用途，根据用途其大致可以分为结构陶瓷和功能陶瓷两大应用。

在结构陶瓷方面，由于其具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性、优异的隔热性能以及热膨胀系数接近于钢等优点，因而被广泛应用，主要用于Y-TZB磨球、微型风扇轴心、耐磨刀具以及切割工具等方面。

作为功能陶瓷，其具有耐高温、高强度以及敏感性高等优异性能，故广泛应用于诸如氧传感器、高温发热体以及压电材料等领域。氧化锆因具有氧离子传导性、在高温下导电性能增强，故可作为能源材料用于制造固体燃料电池；氧化锆目前在光通讯重要元件、光纤维连接器等领域，以及集成电路基板、电容、电阻等元件的电子领域也被广泛应用；氧化锆还具备半导体性和敏感特性，可用作半导体材料及氧探测器材料。

但是由于纯氧化锆陶瓷在常温下为绝缘体，电阻率高达10¹³Ω*cm，现有的研究表明掺杂其他物质的氧化锆陶瓷材料导电性仍然不甚理想，这就大大限制了氧化锆陶瓷在常温导电领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛钇共掺杂氧化锆常温半导体陶瓷材料的制备方法，解决了现有的氧化锆陶瓷难以达到常温导电性的缺点。

本发明所采用的技术方案是：一种钛钇共掺杂氧化锆常温半导体陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将称量好的ZrO₂、Y₂O₃、Ti粉末放入混料罐中加入磨球进行混粉处理，混粉完毕后取出烘干得到混合粉末；

步骤二，将步骤一中烘干得到的混合粉末进行造粒压样得到成型样品；

步骤三，将步骤二中得到的成型样品进行排胶烧结；

步骤四，将步骤三排胶烧结完成的成型样品放入真空炉内进行高温烧结，随炉冷却后即得钛钇共掺杂氧化锆常温半导体陶瓷材料。

本发明的特点还在于，

步骤一中ZrO₂、Y₂O₃、Ti粉末的平均粒径均为5um，Y₂O₃粉末占ZrO₂粉末摩尔分数的3％-8％，Ti粉末占ZrO₂粉末的质量分数为1％-30％，磨球为氧化锆球，磨球质量与ZrO₂、Y₂O₃、Ti粉末质量之和相等，混粉时间为8h-12h。

步骤二中将步骤一中烘干得到的混合粉末进行造粒压样得到成型样品具体步骤为：

将混合粉末放入研钵中研磨并混合均匀，一次过筛后加入适当的粘结剂研磨后进行烘干处理，烘干完成后进行二次过筛，将二次过筛得到的颗粒进行预压破碎后再进行三次过筛，然后将得到的颗粒通过干压成型制得成型样品，其中，粘结剂为聚乙烯醇溶液，一次过筛的筛孔大小为100-200目，二次过筛和三次过筛的筛孔大小为20-40目，干压成型时的成型压强为200MPa-490MPa，保压时间为1min-3min。

步骤一和步骤二中的烘干温度均为50℃-80℃，烘干时间为1h-3h。

步骤三排胶烧结时，在0℃-200℃时升温速率为5℃-10℃/min，200℃-550℃时升温速率为2℃-5℃/min，并在550℃时保温1h-2.5h。

步骤四中高温烧结的烧结温度为1300℃-1500℃，升温速率为5℃-15℃/min，保温时间为1h-3h。

步骤三和步骤四中烧结均使用真空热压烧结炉，并采用真空烧结方式。