不同摻雜濃度對(duì)Al2O3Cr光電特性的影響設(shè)計(jì)說明

1、 信息工程學(xué)院論文不同摻雜濃度對(duì)Al2O3:Cr光電性能的影響論文申請(qǐng)學(xué)位專業(yè):應(yīng)用物理學(xué)申請(qǐng)學(xué)位類別: 論文提交日期:畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原件及使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明我保證我提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是我在導(dǎo)師指導(dǎo)下的研究工作和成果。據(jù)我所知，除文中特別標(biāo)注和注明的地方外，不包含其他人或組織已發(fā)表的研究成果，也不包含我曾用來與其他教育機(jī)構(gòu)取得學(xué)位或?qū)W歷的材料。對(duì)本研究有所幫助和貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，都做出了明確的解釋，并表達(dá)了對(duì)本文的興趣。作者簽名:日期:講師簽名:日期:授權(quán)說明本人完全理解學(xué)校關(guān)于畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)收集、保存和使用的規(guī)定，即按照學(xué)校的要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷版和電子版；學(xué)校有權(quán)保留

2、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷版和電子版，并提供目錄檢索和閱讀服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　p印、數(shù)字化或其他復(fù)制手段保存論文；在不盈利的前提下，學(xué)?？梢园l(fā)表論文的部分或全部?jī)?nèi)容。簽名:日期:論文的原始陳述我再次聲明，提交的論文是我在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立研究的研究成果。除文中特別標(biāo)注和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體發(fā)表或撰寫的作品。對(duì)本論文研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，在本文中均有明確標(biāo)注。本人完全清楚，此聲明的法律后果由本人承擔(dān)。簽名:日期:年月日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文的作者完全了解學(xué)校關(guān)于保存和使用學(xué)位論文的規(guī)定，并同意學(xué)校保存和向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)發(fā)送學(xué)位論文的副本和電子版本，允許查閱和

3、借閱學(xué)位論文。本人授權(quán)大學(xué)將本學(xué)位論文全部或部分編入相關(guān)數(shù)據(jù)庫以供檢索，并以影印、縮印或掃描的方式保存和編輯本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定辦理。作者簽名:日期:年、月、日導(dǎo)師簽名:日期:年月日不同摻雜濃度對(duì)Al2O3:Cr光電性能的影響摘要氧化鋁瓷具有絕緣、機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫等性能。氧化鋁還可以制成透明瓷、生物惰性瓷等功能材料。本文介紹了摻鉻氧化鋁陶瓷的制備工藝。采用固相燒結(jié)法制備了三組摻鉻量分別為0.641%、3.258%和6.635%的Al2O3樣品。利用X射線衍射(XRD)、熒光分光光度計(jì)和四探針測(cè)試儀分析了不同濃度Cr對(duì)氧化鋁陶瓷光電性能的影響。發(fā)現(xiàn)三組樣品都表現(xiàn)出上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性。Cr

4、3+摻雜濃度越高，樣品的熒光發(fā)射強(qiáng)度越低。在400500nm的激發(fā)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，0.641wt%的樣品有5個(gè)發(fā)射峰，其中691nm處的發(fā)射峰最尖銳，3.258wt%的樣品在691nm處也有發(fā)射峰，6.635wt%的樣品在220320nm的激發(fā)波長(zhǎng)范圍內(nèi)有356nm和709nm的發(fā)射峰。增加Cr3+的摻雜濃度可以降低Al2O3的燒結(jié)溫度。當(dāng)摻雜濃度為3.258wt%時(shí)，燒結(jié)樣品的密度最低。摻雜濃度對(duì)晶面間距影響不大；隨著摻雜濃度的增加，樣品的平均電阻率逐漸降低。迄今為止，人們發(fā)現(xiàn)氧化鋁陶瓷具有許多優(yōu)異的性能，這使得氧化鋁陶瓷逐漸成為研究熱點(diǎn)。關(guān)鍵詞:Al2O3瓷；Cr摻雜；濃度；固相燒結(jié)法；光電特

5、性目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473932 1引言1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473933 2氧化鋁瓷1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473934 2.1氧化鋁晶體結(jié)構(gòu)2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473935 2.2氧化鋁的物理性能2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473936 2.3氧化鋁瓷中添加劑的作用與機(jī)理2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473937 3氧化鋁瓷

6、的制備工藝過程3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473938 3.1原料與其加工工藝3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473939 3.2配料計(jì)算3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473940 3.3備料工藝3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473941 3.3.1原料的煅燒3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473942 3.3.2熔塊合成4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473943 3.3.3粉料的制備4 HYP

7、ERLINK l _RefHeading_Toc295473944 3.3.4漿料壓濾、困料5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473945 3.3.5干燥、加黏合劑和造粒5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473946 3.4成型6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473947 3.5排膠7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473948 3.6燒結(jié)7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473949 3.6.1升溫階段8 HYPERLINK l _RefHe

8、ading_Toc295473950 3.6.2保溫階段8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473951 3.6.3冷卻階段8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473952 4樣品的制備8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473953 4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473954 4.2摻鉻氧化鋁瓷的制備9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473955 5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc29547

9、3956 5.1發(fā)射光譜與激發(fā)光譜10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473957 5.1.1燒結(jié)后每組樣品的發(fā)射光譜和激發(fā)光譜10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473958 5.1.2不同濃度樣品的發(fā)射光譜與分析12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473959 5.2 X射線衍射分析13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473960 5.2.2晶胞參數(shù)的計(jì)算與分析14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473961 5.2.3晶面間距的分析15 H

10、YPERLINK l _RefHeading_Toc295473962 5.3四探針測(cè)試樣品電阻率16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473963 結(jié)論16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473964 參考文獻(xiàn)17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473965 致18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc295473966 聲明191導(dǎo)言瓷器是由粉末通過成型和燒結(jié)制成的無機(jī)非金屬制品的總稱。新型無機(jī)材料不僅熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損，而且一些特殊陶瓷還具有一些特殊

11、的物理性能。甚至在某些情況下，瓷器是唯一可以選擇的材料。目前，陶瓷材料、金屬材料和高分子材料被稱為三大固體材料1。2000年Murotani等人2制備了摻Cr3+的Al2O3多晶瓷，但其氣孔率高達(dá)24%，材料不透明。2005年，曾志江等3采用傳統(tǒng)的無壓燒結(jié)工藝制備了透明性良好的Cr3+摻雜氧化鋁陶瓷，并測(cè)量了其吸收光譜、發(fā)射光譜和激發(fā)光譜。結(jié)果表明，Cr: Al2O3陶瓷的吸收峰與紅寶石單晶的吸收峰一致，吸收截面與紅寶石單晶相似。我國(guó)Cr3+離子的晶場(chǎng)強(qiáng)度比紅寶石單晶弱，但其發(fā)射光譜仍相當(dāng)尖銳。這一成果可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，制作大尺寸復(fù)雜形狀的樣品4。在曾志江實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引入Cr3

12、+摻雜濃度這一變量，通過固相燒結(jié)制備了三組摻鉻量分別為0.641wt%、3.258wt%和6.635wt%的Al2O3陶瓷。用熒光分光光度計(jì)和四探針測(cè)試儀測(cè)試樣品，研究摻雜濃度對(duì)Al2O3陶瓷光電性能的影響。此外，利用X射線衍射(XRD)研究了摻雜濃度對(duì)Al2O3陶瓷晶格參數(shù)的影響。目前，Al2O3陶瓷在透明、耐高溫、上轉(zhuǎn)換發(fā)光等方面的應(yīng)用研究很多。遺憾的是，Cr摻雜濃度對(duì)氧化鋁陶瓷光電特性的影響至今未見報(bào)道，本課題正好可以填補(bǔ)這方面的空白。也可以為旨在提高氧化鋁陶瓷光電性能的研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。氧化鋁瓷氧化鋁瓷是迄今為止重要的陶瓷材料，其主要原料是氧化鋁(Al2O3)。透明氧化鋁瓷不僅能透射近

13、紅外，還能透射可見光。與玻璃相比，透明瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、高韌性和更好的抗表面損傷能力。與單晶相比，制備溫度更低，生產(chǎn)周期更短，在大尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面比單晶更容易實(shí)現(xiàn)。這些優(yōu)異的性能使得透明瓷逐漸成為研究熱點(diǎn)5。由于其高機(jī)械強(qiáng)度和高絕緣強(qiáng)度，氧化鋁瓷被用作真空器件、器件瓷、厚膜和薄膜電路基板、晶閘管和外殼、電火花等6。氧化鋁瓷是一種重要的耐火材料，主要用于制造火花塞、火箭、導(dǎo)彈流蓋、軸承、活塞、燃?xì)廨啓C(jī)的刀具、石油和化工用泵的密封圈、熔化金屬的坩堝和高溫?zé)犭娕继坠艿取Ｑ趸X瓷也是主要的生物惰性瓷材料，在生物體內(nèi)幾乎不發(fā)生變化，具有良好的生物相容性7。此外，稀土摻雜氧化鋁粉體在光學(xué)高溫傳感方面

14、顯示出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力8。2.1氧化鋁的晶體結(jié)構(gòu)Al2O3瓷是以-Al2O3為主晶相的陶瓷材料，有十多種同素異形體，包括-Al2O3、-Al2O3和-Al2O3。Al2O3的晶體結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)也不同。-Al2O3屬于尖晶石(立方)結(jié)構(gòu)，其中氧原子以立方形狀密集堆積，鋁原子填充在間隙中。-Al2O3密度低，高溫不穩(wěn)定，可轉(zhuǎn)化為-Al2O3。密度隨著加熱溫度的升高而變化。圖2-1顯示了加熱時(shí)-Al2O3的密度變化。工業(yè)Al2O3絕大部分是-Al2O3。-Al2O3在自然界是不存在的。它結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)和電學(xué)性能較差，但可用于制作特殊用途的多孔材料。圖2-1圖2-1加熱時(shí)-Al2O3的密度變化曲線-Al

15、2O3不是Al2O3的變體，而是一種高鈉含量的聚合鋁酸鹽礦物。其化學(xué)式為na 2 o 11 al 2 o 3，密度為3.25g/cm3。當(dāng)空氣被加熱到1600C時(shí)，它開始轉(zhuǎn)化為-Al2O3。+空的迫使Al3+氧氣-Al2O3是三方晶系，其單晶也叫剛玉，在室溫下結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。其中氧離子占據(jù)了密排的六邊形介電位置，鋁離子排列在氧離子組成的八面體間隙中，但只填充了2/3，如圖2-2+空的迫使Al3+氧氣-圖2-2-al2o 3的晶體結(jié)構(gòu)2.2氧化鋁的物理性質(zhì)純Al2O3是一種無色氧化物(紅寶石)，含有紅色的Cr(紅寶石)、藍(lán)色的Ti(藍(lán)寶石)、綠色的Co、Ni、V(祖母綠)、玫瑰紅的Fe和Mn等。熔點(diǎn)

16、2050，莫氏硬度9，密度3.95 4.10g/cm3，膨脹系數(shù)與金屬相當(dāng)。不溶于酸，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、介電性能和機(jī)械性能。-Al2O3的帶隙為2.5eV，接近半導(dǎo)體的帶隙。-Al2O3的禁帶寬度為7.3 7.8 EV，是一種良好的絕緣材料。2.3添加劑在氧化鋁陶瓷中的作用和機(jī)理在改善燒結(jié)性能方面，氧化物添加劑大致可以分為與Al2O3形成固溶體和與Al2O3形成液相兩大類。第一類是變價(jià)氧化物，如TiO2、Cr2O3、MnO2等。因?yàn)樗木Ц癯?shù)接近Al2O3，通常能與Al2O3形成固溶體。同時(shí)，由于化合價(jià)的變化，Al2O3存在缺陷，激活晶格，促進(jìn)Al2O3的燒結(jié)性能，降低燒結(jié)溫度。第二種類

17、型通過形成液相和降低燒結(jié)溫度來促進(jìn)Al2O3的燒結(jié)。3氧化鋁瓷的制備工藝氧化鋁陶瓷的制備工藝一般包括原料處理和加工、備料、成型和燒結(jié)。3.1原材料和加工工藝本實(shí)驗(yàn)的原料為工業(yè)氧化鋁，主要晶型為-Al2O3，在低溫下非常穩(wěn)定。原料為疏松的白色結(jié)晶粉末，每個(gè)粉末顆粒由許多小尺寸的晶體組成，是多孔的球形聚集體。每個(gè)粒子可以包含106個(gè)小晶體。顆粒的孔隙占總體積的1/4 1/3。這種多孔疏松的結(jié)構(gòu)不利于Al2O3晶體的相互接觸，因此不利于燒結(jié)。需要添加劑來促進(jìn)燒結(jié)。3.2配料的計(jì)算在瓷器的研究中，配料計(jì)算有兩種，一種是由已知的預(yù)合成化合物的化學(xué)式計(jì)算原料配料，另一種是由期望的瓷器化學(xué)成分計(jì)算原料配料。

18、本課題選擇前者，下面簡(jiǎn)要介紹其計(jì)算步驟:1)根據(jù)公式計(jì)算原料的摩爾比；2)根據(jù)原料純度進(jìn)行修正。將每種原料的摩爾比除以原料的純度，得到每種原料的校正值；3)計(jì)算每種原料的質(zhì)量；4)計(jì)算質(zhì)量百分比。質(zhì)量百分比等于每種原料的質(zhì)量除以總質(zhì)量；5)計(jì)算配料為x克時(shí)，每種原料所需的質(zhì)量。必須注意的是，配料的計(jì)算雖然簡(jiǎn)單，但一定要細(xì)致準(zhǔn)確，因?yàn)檫@是制造性能優(yōu)良的瓷器部件的基礎(chǔ)。同樣，在稱重加料時(shí)，也要保證計(jì)算出的成分準(zhǔn)確落實(shí)。因此，在稱重之前，必須將原料干燥以除去水分。一般在110C干燥4小時(shí)以上，或者降低干燥溫度延長(zhǎng)干燥時(shí)間。選擇稱重工具時(shí)，應(yīng)根據(jù)精度要求合理選擇。稱重應(yīng)盡可能快速準(zhǔn)確。3.3材料準(zhǔn)備過

19、程制備過程包括按比例稱取原料，混合，研磨，干燥，加入粘合劑，造粒，制成符合成型工藝要求的粉末。在稱重之前，原料需要經(jīng)過干燥和篩分，其他的則需要進(jìn)行預(yù)合成、煅燒等。，從而使原料具有所需的化學(xué)成分或晶體結(jié)構(gòu)。原料的煅燒Al2O3具有多種晶體結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)化會(huì)導(dǎo)致體積變化，影響燒結(jié)。因此，在制備氧化鋁陶瓷時(shí)，應(yīng)煅燒Al2O3，使-Al2O3轉(zhuǎn)化為-Al2O3。當(dāng)溫度達(dá)到1050時(shí)，-Al2O3開始轉(zhuǎn)變?yōu)?Al2O3。開始轉(zhuǎn)化比較慢，但隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)化速度加快，1500C時(shí)轉(zhuǎn)化接近完成，并有一定的體積收縮。為了加強(qiáng)這個(gè)過程，H3BO3，NH4F，AlF3等?？梢赃m當(dāng)添加。-Al2O3在其熔

20、點(diǎn)是穩(wěn)定的。工業(yè)氧化鋁含有大量Na2O。為了降低原料中的堿金屬含量，可以加入1% 3%的H3BO3，在1420 1450煅燒，此時(shí)堿金屬離子與H3BO3反應(yīng)揮發(fā)。煅燒可以減少坯體在燒結(jié)過程中的收縮，提高粉體的活性，去除Al2O3原料中的Na2O，提高原料的純度。3.3.2玻璃料合成化工原料多為單組分化合物，但在很多生產(chǎn)過程中需要多種原料。這種合成材料通常需要在800 1300的高溫下煅燒，煅燒后的材料稱為燒結(jié)塊。合成過程多為固相反應(yīng)。燒結(jié)塊的溫度選擇非常重要。溫度低，反應(yīng)不充分，主晶相質(zhì)量差；溫度過高，燒塊會(huì)變硬，不易粉碎，活性降低，使燒成溫度升高、變窄。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，確定合適的煅燒溫度。燒結(jié)過程

21、中必須控制有害的游離成分。游離成分過多會(huì)造成工藝操作困難，嚴(yán)重影響樣品性能。粉末的制備為了提高氧化鋁陶瓷的性能，降低燒結(jié)溫度，提高樣品質(zhì)量，粉體應(yīng)盡可能的純凈、均勻和超細(xì)。粉末的制備方法有機(jī)械加工法(也稱固相法)、液相法和氣相法。由于操作簡(jiǎn)單易用，目前主要采用機(jī)械加工方式。下面簡(jiǎn)單介紹一下機(jī)械粉碎的原理和方法。1)球磨。球磨是最常用的粉碎和混合方法。將原料和磨球放入圓柱形球磨罐中。球磨機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)球體對(duì)原料進(jìn)行沖擊和研磨，從而達(dá)到粉碎的目的。一般來說，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，粉碎效率越高。但當(dāng)磨機(jī)的轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，就會(huì)失去粉碎效果。磨機(jī)的臨界速度可通過以下公式計(jì)算:(3-1)其中n為球磨機(jī)的轉(zhuǎn)

22、速(轉(zhuǎn)/分)；d是球磨機(jī)罐的直徑(m)。上面的公式是經(jīng)驗(yàn)公式，公式中的常數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)確定的。有七個(gè)因素會(huì)影響粉碎和混合效率:= 1 * GB2球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)略低于臨界轉(zhuǎn)速；= 2 * GB2球磨機(jī)的球徑比、球形、硬度和質(zhì)量。磨球大小要搭配得當(dāng)，最大直徑D/18 D/24，最小直徑D/40；= 3 * GB2球磨機(jī)的負(fù)荷。一般裝入的原料占球磨機(jī)體積的70% 80%。= 4 * GB2球、材料和水的比例。三者的比例根據(jù)原料的吸水率、原料的粒度、磨機(jī)的負(fù)荷而不同。通常的比例是球:料:水=(1 1.4):1:(0.8 1.2)；= 5 * GB2助磨劑的作用。當(dāng)原料研磨到一定細(xì)度后，如果繼續(xù)研磨，效率

23、會(huì)明顯降低。這是因?yàn)榉鬯楹蟮募?xì)粉對(duì)大顆粒的粉碎有緩沖作用，較大的顆粒很難被進(jìn)一步粉碎。為了提高研磨效率，使物料達(dá)到預(yù)期的細(xì)度，需要添加助磨劑，常用的有油酸和醇類。本實(shí)驗(yàn)使用聚乙二醇2000。= 6 * GB2分散介質(zhì)的影響。球磨分為干法和濕法。干法不加分散介質(zhì)，主要靠球的沖擊力來粉碎物料。濕法需要水或乙醇作為分散介質(zhì)，主要依靠球的研磨作用進(jìn)行粉碎。由于水或其他分散介質(zhì)的分裂作用，濕磨效率高于干磨。通常，水被用作分散介質(zhì)。如果原料中有水溶性物質(zhì)，可以使用乙醇等其他液體作為分散介質(zhì)。= 7 * GB2球磨時(shí)間的選擇。隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，球磨效率降低，細(xì)度緩慢增加。長(zhǎng)時(shí)間的球磨也會(huì)引入更多的雜質(zhì)。因

24、此，在滿足適當(dāng)細(xì)度的情況下，應(yīng)盡量縮短球磨時(shí)間。例如混合4 8h，細(xì)磨20 40h等。球磨過程中不可避免地會(huì)引入雜質(zhì)。為減少雜質(zhì)污染，一般可采取以下措施:球磨時(shí)間不宜過長(zhǎng)；球磨罐要有內(nèi)襯(可用瓷磚、橡膠或耐磨塑料，小型球磨可用尼龍罐、塑料罐)；球可用鵝卵石、火石、瑪瑙等制成。、或人造瓷球(如氧化鋁瓷球、或與原料成分相似的瓷球)。對(duì)于耐酸原料，如果使用鋼球或鋼球球磨罐，球磨后的原料需要酸洗除鐵。研磨、均勻混合和防止污染是功能瓷制備過程中必須考慮和研究的重要問題。一個(gè)圖3-1行星磨原理22)行星磨。行星磨又叫顆粒球磨機(jī)。將四個(gè)重量相同的球磨罐放在同一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，使球磨罐“公轉(zhuǎn)”，每個(gè)球磨罐圍繞自己的

25、軸“自轉(zhuǎn)”一個(gè)圖3-1行星磨原理23.3.4漿料的壓濾和捕集在工業(yè)上，壓濾通常用于從濕細(xì)磨漿料中除去水。在壓濾機(jī)(也稱為泥漿壓榨機(jī))上壓榨過濾。壓力越大，泥餅含水率越小。壓出來的泥餅一般是外硬內(nèi)軟，布水不均勻。所以這種泥餅一定要在沒有陽光照射，空氣不流通的房間里保存一段時(shí)間。這種操作被稱為截留物質(zhì)或腐爛。儲(chǔ)藏室的溫度應(yīng)保持在20左右，相對(duì)濕度為80% 90%。在捕集過程中，在毛細(xì)管的作用下，含水率逐漸變得均勻。同時(shí)，坯體中有機(jī)物的腐爛可以提高坯體的可塑性。坯料被截留的時(shí)間越長(zhǎng)，水的分布就越均勻，成形性就越好。一般被困時(shí)間為10 20天。3.3.5干燥，加入粘合劑，制粒為了有利于燒結(jié)和固相反應(yīng)，

26、原料顆粒應(yīng)盡可能細(xì)。但是，粉末越細(xì)，流動(dòng)性越差。此外，隨著比表面積的增加，粉末的體積也較大，使得干壓時(shí)模具的每個(gè)角落都無法均勻填充，容易出現(xiàn)空隙、邊角不固結(jié)、剝落、彈性后效等問題。使細(xì)粉變稠的唯一方法是造粒。制粒工藝是將磨細(xì)的粉末干燥，加入粘合劑制成流動(dòng)性好的粗顆粒(粒徑約0.1mm)。制粒工藝大致可分為加壓制粒和噴霧干燥制粒。加壓造粒是將混有粘結(jié)劑的粉末預(yù)壓成塊，然后粉碎過篩。通過這種方法生產(chǎn)的顆粒具有高堆積密度和高機(jī)械強(qiáng)度。加壓造粒的工藝條件為:預(yù)壓壓力17.65MPa，用粉碎機(jī)粉碎，過8目粗篩，篩后物料返回粉碎機(jī)繼續(xù)粉碎；通過40目篩后，剩余的物料仍應(yīng)進(jìn)行粉碎，使所有物料通過40目篩后，

27、再次通過40目篩，使物料粒度均勻。噴霧造粒法是將混有粘結(jié)劑的粉末制成漿料，或在細(xì)磨過程中加入粘結(jié)劑，用噴霧器噴入造粒塔進(jìn)行霧化。霧滴在塔內(nèi)與熱空氣混合干燥成干粉，由旋風(fēng)分離器吸入料斗。該方法可獲得流動(dòng)性好、產(chǎn)率高的球形微丸，適用于連續(xù)生產(chǎn)和自動(dòng)化成型工藝。造粒質(zhì)量與漿液粘度、噴嘴壓力和濕度等因素有關(guān)。3.4成型大多數(shù)坯件含有很少或沒有粘土，所以大多數(shù)坯件是非塑性的。為了滿足成型要求，通常在坯料中加入粘結(jié)劑。粘合劑的類型和用量由成型方法、原材料的性質(zhì)、產(chǎn)品的形狀和尺寸等因素決定。粘合劑是一種具有粘合性能的有機(jī)化合物。其作用是增加坯料的塑性和強(qiáng)度。它應(yīng)滿足以下要求:1)具有足夠的粘度以確保生坯良好

28、的成型性和機(jī)械強(qiáng)度；2)經(jīng)過高溫煅燒后，可以完全揮發(fā)，在坯體中很少或沒有粘合劑殘留雜質(zhì)；3)工藝簡(jiǎn)單，無腐蝕性，對(duì)瓷料性能無不良影響。常用的成型方法有擠壓成型、干壓成型、熱壓鑄成型、灌漿成型、壓延薄膜成型、等靜壓成型、熱壓成型和流延成型。下面簡(jiǎn)單介紹一下干壓成型。干壓成型是一種廣泛使用的成型方法。該方法具有生產(chǎn)效率高、易于自動(dòng)化、燒結(jié)收縮率低、不易變形的優(yōu)點(diǎn)。但是，這種方法只適用于簡(jiǎn)單瓷件的成型，如圓片形等。，并要求更高的模具質(zhì)量?？刂聘蓧撼尚团髁系暮史浅Ｖ匾话阍?% 8%左右。為了改善坯體的流動(dòng)性，增加顆粒間的結(jié)合力，提高坯體的機(jī)械強(qiáng)度，通常需要加入粘結(jié)劑造粒。干壓常用的粘合劑有石蠟

29、、酚醛清漆、聚乙烯醇水溶液、水、油酸和煤油的混合物、亞硫酸紙漿廢液、苯膠等。本實(shí)驗(yàn)中使用的粘合劑是5%的水性聚乙烯醇(PVA)。干壓成型應(yīng)注意以下工藝問題:1)加壓法。加壓方式有單面加壓和雙面加壓兩種。一側(cè)加壓時(shí)，直接加壓端壓力高，密度大；遠(yuǎn)離加壓端的壓力小，坯體密度也小。兩面壓制時(shí)，坯體兩端直接壓制，所以兩端密度高，中間密度低。如果坯料經(jīng)過造粒、潤(rùn)滑，然后兩面壓制，坯料的密度會(huì)非常均勻。2)成型壓力。成型壓力直接影響瓷坯的密度和收縮率。成型壓力小，瓷體收縮大。壓力過高時(shí)，容易出現(xiàn)裂紋、脫層、脫模。成型壓力一般在5.88414.710MPa之間。3)加壓速度和時(shí)間。干壓時(shí)，最好放慢模具的速度。

30、壓力太快會(huì)導(dǎo)致坯體分層，表面致密，中間疏松，甚至坯體出現(xiàn)很多氣泡。所以加壓速度要慢，要有一定的保壓時(shí)間。3.5出膠氧化鋁陶瓷成型中經(jīng)常使用有機(jī)粘結(jié)劑。在煅燒過程中，有機(jī)粘合劑從固體變成液體或氣體，并從生坯中排出。坯體中有機(jī)粘結(jié)劑的熔化、分解和揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致坯體變形和開裂。因此，需要先將坯體中的粘結(jié)劑去除，然后對(duì)樣品進(jìn)行燒結(jié)，以保證產(chǎn)品的形狀、尺寸和質(zhì)量要求。去除粘合劑的過程稱為出膠。它有三個(gè)功能:1)除去生坯中的粘結(jié)劑，為下一步燒結(jié)創(chuàng)造條件；2)使坯體獲得一定的機(jī)械強(qiáng)度；3)避免燒結(jié)過程中粘結(jié)劑的減少。干坯出膠技術(shù)。非塑料材料的薄膜成型含有大量的粘合劑，在燒結(jié)前要進(jìn)行成型和出料。在成型爐中。將8

31、10個(gè)沖壓好的坯料整齊疊放，壓在光滑的鋼板或玻璃之間，或夾在專門設(shè)計(jì)的成型夾具中，放入烘箱中，以4/min的速度升溫，在250保溫4小時(shí)。成形功能是從坯料中除去一定的水分和粘合劑，以獲得平坦的形狀和初步的凝固。成型后的坯料仍有較好的機(jī)械強(qiáng)度，仍可方便地裝碗出膠。板坯的大小和厚度不同，出膠的溫升曲線也不同。不同的粘合劑有不同的揮發(fā)速率和不同的放電曲線。以下出膠曲線供參考:0 100自由升溫，100保溫1h；100 350，升溫速率為100/h；30 400，升溫速率為40/h，在400保溫3h。400C烘烤后，板強(qiáng)度低，不能移動(dòng)。應(yīng)加熱到900C，其中500 900C，升溫速率為100C/h，出

32、膠時(shí)要注意加強(qiáng)通風(fēng)，使有機(jī)揮發(fā)成分和CO同時(shí)排出，并保持爐內(nèi)處于氧化氣氛中，這對(duì)于很多容易被還原的功能瓷材料來說是非常重要的。3.6燒結(jié)燒結(jié)是在高溫作用下，使成型體致密化，完成預(yù)期的物理化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到所要求的物理化學(xué)性能的全過程。該過程通常分為三個(gè)階段:從室溫到最高燒結(jié)溫度的升溫階段；高溫保溫階段；從最高溫度到室溫的冷卻階段。3.6.1加熱階段這一階段主要是水和有機(jī)粘結(jié)劑的揮發(fā)，結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水的消除，碳酸鹽的分解，有時(shí)還有結(jié)晶相變。除了結(jié)晶相變過程，其他過程都伴隨著大量的氣體排出。此時(shí)溫度不能升得太快，否則結(jié)構(gòu)會(huì)松動(dòng)、變形、開裂。通常吸附水在200之前逐漸蒸發(fā)，有機(jī)粘結(jié)劑在200 350蒸發(fā)，

33、結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水的去除與碳酸鹽分解，視具體材料而定。保溫階段保溫階段是瓷器燒結(jié)的主要階段。在這一階段，所有組分經(jīng)歷充分的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，以獲得所需的致密、結(jié)構(gòu)和性能的瓷體。因此，必須嚴(yán)格控制燒結(jié)制度，尤其是最高燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間。任何陶瓷材料都有一個(gè)最佳的燒結(jié)溫度范圍，實(shí)際的燒結(jié)溫度要保證在這個(gè)范圍內(nèi)。各種瓷料的燒結(jié)溫度范圍不同。一般粘土瓷的燒結(jié)溫度范圍比較寬，大約在40 10 20左右，而大多數(shù)功能瓷只有10 20左右，有的只有5 10，在這種燒結(jié)過程中，坯體致密性好，不吸水，晶粒細(xì)小，具有良好的機(jī)電性能。超過這個(gè)范圍，瓷的氣孔率增加，機(jī)械性能和電性能下降。3.6.3冷卻階段從燒成溫度冷卻

34、到常溫的過程稱為冷卻階段。在冷卻過程中，發(fā)生液相凝固、結(jié)晶、相變等物理化學(xué)變化。因此，冷卻方式和冷卻速度對(duì)瓷器的最終相組成、結(jié)構(gòu)和性能有很大影響。在冷卻階段，有多種方式，如淬火、隨爐急冷、隨爐緩冷或緩冷、分段保溫冷卻等。緩冷相當(dāng)于延長(zhǎng)不同溫度下的保溫時(shí)間。因此，對(duì)于晶體生長(zhǎng)能力強(qiáng)、玻璃相結(jié)晶傾向強(qiáng)的瓷料，晶粒有可能生長(zhǎng)成大的晶體，玻璃相就會(huì)結(jié)晶，往往導(dǎo)致瓷的結(jié)構(gòu)和致密性較差。對(duì)于這種瓷料，要快速冷卻。在快速冷卻時(shí)，應(yīng)注意避免瓷體開裂和爆裂?？炖浠虼慊鹂炖涞姆椒捎糜诮Y(jié)晶傾向強(qiáng)的瓷料或希望保持高溫相的瓷料。4樣品的制備本實(shí)驗(yàn)通過在Al2O3粉中摻入不同濃度的Cr粉并燒結(jié)，制備了摻Cr氧化鋁陶瓷磚

35、，并對(duì)各樣品的光電性能進(jìn)行了測(cè)試。4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備1)稱重設(shè)備:電子天平2)混合研磨設(shè)備:粉末冶金行星球磨機(jī)3)干燥設(shè)備:DHG-9248A鼓風(fēng)干燥箱4)熱處理設(shè)備:KTL1600管式爐5)樣品檢測(cè)設(shè)備:DX-2700X X射線衍射儀(XRD)、RF-5301PC熒光分光光度計(jì)、RTS-8四探針測(cè)試儀。6)壓力設(shè)備:HY-12壓片機(jī)4.2摻鉻氧化鋁瓷的制備1)原料:以Al2O3為主要原料，本實(shí)驗(yàn)使用的氧化鋁粉純度在95%以上。添加劑為200目鉻粉。2)樣品的成分和配方表4-1摻鉻Al2O3粉末摩爾比公式樣本數(shù)量氧化鋁(摩爾)鉻(摩爾)(Cr)(mol%)1#0.15800.00201.24882

36、#0.15160.01006.19513#0.14360.020012.2304根據(jù)要求的濃度稱出每種粉末的質(zhì)量，如下所示:表4-2摻鉻Al2O3粉末的質(zhì)量濃度公式樣本數(shù)量氧化鋁(克)鉻(克)(Cr)(wt%)1#16.11150.10390.6412#15.46050.52073.2583#14.64641.04086.6353)實(shí)驗(yàn)樣品的制備= 1 * GB2配料。濕磨法既可以增加粉體粘附在研磨機(jī)上的概率，又可以減少球磨機(jī)的磨損，所以本實(shí)驗(yàn)采用濕磨。按表4-2中的配方稱取材料，將三組樣品放入三個(gè)100mL尼龍球磨罐中，加入瑪瑙磨球(大、中、小球質(zhì)量比約為1:1:2，磨球個(gè)數(shù)大致為1、12、

37、70)，加入25mL去離子水和2g聚乙二醇2000分散劑。= 2 * GB2球磨。在粉末冶金行星球磨機(jī)中球磨10小時(shí)，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘。= 3 * GB2吸濾。三組樣品經(jīng)氣泵和濾瓶過濾10分鐘。= 4 * GB2烘干。將過濾后的三組樣品放入DHG-9248A鼓風(fēng)干燥箱中，在80的恒溫下干燥48小時(shí)。= 5 * GB2研磨過篩。干燥后，將三組餅樣分別粉碎和研磨，然后通過200目(平均粒徑75um)篩，以縮小粒徑分布，使樣品更均勻。= 6 * GB2預(yù)燒將三組粉末均勻倒入坩堝罐中，輕壓使粉末更密實(shí)。然后放入KTL1600管式爐中進(jìn)行預(yù)燒。預(yù)燒溫度為1400，保溫3小時(shí)。= 7 * GB2造粒。

38、預(yù)燒后壓實(shí)的粉末成為塊狀，體積收縮率如表4-3所示。表4-3預(yù)燒后各組樣品的體積收縮率樣本數(shù)量1#2#3#體積收縮率31.11%24.86%14.4%將該塊粉碎和研磨，并通過80目(平均孔徑0.2毫米)篩。稱取每組樣品3g后，加入質(zhì)量濃度為5wt%的PVA(聚乙烯醇水溶液)4mL，用磁力攪拌器攪拌約10h，直至成糊狀。將樣品在恒溫干燥箱中干燥10h，然后取出，粉碎研磨，過80目篩。= 8 * GB2壓縮成型。將每組樣品稱重并制成片劑。每次稱0.3000g，用壓片機(jī)將壓力保持在16.5 MPa 1 2分鐘。每組片劑壓制后，堆成一疊，將一組(一疊)7片置于坩堝中燒結(jié)。= 9 * GB2燒結(jié)。將裝有

39、三個(gè)堆疊的小晶片樣品的坩堝放入KTL1600管式爐中進(jìn)行燒結(jié)，并在1600下保溫2小時(shí)。4)樣品測(cè)試在室溫下，用DX-2700 XRD測(cè)試每組樣品。用RF-5301PC熒光分光光度計(jì)測(cè)量每組樣品的發(fā)射光譜和激發(fā)光譜。熒光分光光度計(jì)的波長(zhǎng)范圍為220 900 nm，光源為氙燈。用RTS-8四探針測(cè)試儀測(cè)量了樣品的電阻率。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析三組樣品經(jīng)過預(yù)燒、造粒、壓片、出膠、燒結(jié)后，隨著濃度的增加顏色變深，三組燒結(jié)樣品如圖5-1所示。圖圖5-1燒結(jié)樣品的物理圖。1#(左)、2#(中)、3#(右)1#樣品為純粉紅色，2#和3#樣品表面含有一些雜質(zhì)樣的深紅色斑點(diǎn)。可能是球磨10h混合不均勻，或者是加入P

40、VA時(shí)攪拌10h時(shí)間略短。5.1發(fā)射光譜和激發(fā)光譜5.1.1燒結(jié)后每組樣品的發(fā)射光譜和激發(fā)光譜圖5-2顯示了樣品1#的熒光光譜。從圖中可以看出，樣品1#的主發(fā)射峰在691nm處，相當(dāng)尖銳。在658納米、667納米、703納米和711納米處有次級(jí)發(fā)射峰。655 715 nm范圍內(nèi)峰位的激發(fā)光譜測(cè)試表明，上述所有峰位均為Cr3+發(fā)射峰。該實(shí)驗(yàn)與曾志江等人在透明氧化鋁陶瓷中Cr3+的發(fā)光性質(zhì)一文中測(cè)得的670nm和697nm處的發(fā)射峰略有不同，可能是因?yàn)閾诫s濃度的不同。曾志江等人的摻雜濃度為0.1wt%，本實(shí)驗(yàn)樣品1#的摻雜濃度更高，為0.64wt%。圖5-3顯示了樣品2#的熒光光譜。分析與樣品1#

41、的分析相同。從圖中可以看出，樣品2#的唯一發(fā)射峰在691nm處。圖5-2 1 #樣品的熒光光譜。發(fā)射光譜圖5-2 1 #樣品的熒光光譜。發(fā)射光譜(左)，激發(fā)光譜(右)圖5-3樣品圖5-3樣品2 #的熒光光譜。發(fā)射光譜(左)，激發(fā)光譜(右)a3#樣品用波長(zhǎng)為400nm、450nm、470nm、500nm的光激發(fā)后，再用220 320 nm左右的波長(zhǎng)激發(fā)，沒有發(fā)現(xiàn)固定的發(fā)射峰，其發(fā)射光譜如圖5-4所示。從圖中可以看出，樣品3#有兩個(gè)較遠(yuǎn)的發(fā)射波長(zhǎng)，即365nm的紫色波長(zhǎng)和709nm的紅色波長(zhǎng)。abc圖bc圖5-4 3 #樣品的熒光光譜。發(fā)射光譜(a)，激發(fā)光譜(b，c)5.1.2不同濃度樣品的發(fā)射

42、光譜和分析圖5-5顯示了每組樣品在相同激發(fā)波長(zhǎng)下的發(fā)射光譜。圖圖5-5同一激發(fā)波長(zhǎng)下各組樣品的發(fā)射光譜從四張圖可以看出:1)樣品1 #、2#和3#的峰強(qiáng)度通常依次降低。結(jié)果表明，本實(shí)驗(yàn)中摻雜濃度越高，樣品的發(fā)光強(qiáng)度越低。這可能是因?yàn)閾诫s濃度越高，樣品的晶格畸變?cè)絿?yán)重，散射效應(yīng)越顯著。2)350nm和700nm附近的發(fā)射峰非常穩(wěn)定，其他發(fā)射峰隨著激發(fā)波長(zhǎng)的增加逐漸紅移。3)在上述四種激發(fā)波長(zhǎng)下，三組樣品都表現(xiàn)出上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，即在泵浦光激發(fā)下，都能發(fā)出比激發(fā)光波長(zhǎng)更短的熒光。但在本實(shí)驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)，濃度對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的影響并不明顯。5.2 X射線衍射分析用DX-2700 X射線衍射儀分析了三組

43、摻鉻氧化鋁陶瓷樣品的晶體結(jié)構(gòu)。測(cè)試條件:35kV/25mA，CuK輻射，掃描速度0.02/s，測(cè)得衍射角10 80(圖中從20 80截取)。測(cè)試結(jié)束后，使用Jade 9.0軟件進(jìn)行分析。5.2.1預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)后的XRD圖像分析圖5-6為三組樣品預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)后(以下簡(jiǎn)稱燒結(jié)前后)的XRD圖像，其中燒結(jié)曲線均上移500個(gè)單位。圖圖5-6燒結(jié)前后每組樣品的XRD圖像從圖中可以看出:1)無論預(yù)燒結(jié)還是燒結(jié)后，每組樣品的衍射峰都保持不變。說明濃度的變化對(duì)晶格影響不大，主要是因?yàn)镃r3+的半徑和Al3+的半徑相差不大，離子替代對(duì)晶格畸變影響不大。2)每組樣品燒結(jié)后產(chǎn)生四個(gè)新的衍射峰A、B、C和D。根據(jù)Ja

44、de 9.0軟件的分析，大概可以確定A峰是CrO2的衍射峰，B峰是Cr5Al8的衍射峰，而C峰暫時(shí)不確定是不是-Al2.427O3.64的衍射峰，D峰暫時(shí)未知。3)圖中標(biāo)有晶面指數(shù)的峰為-Al2O3的衍射峰?？梢钥闯觯瑯悠分械木娃D(zhuǎn)化良好，幾乎全部轉(zhuǎn)化為-Al2O3。用Jade 9.0對(duì)預(yù)燒1#樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要晶型為Al2O3，還有-CrO2和-CrO2。樣品2#是(Al0.948Cr0.052)2O3，樣品3#也是(Al0.948Cr0.052)2O3。與2#和3#相比，1#預(yù)燒主要導(dǎo)致晶體轉(zhuǎn)變和致密化，而2#和3#樣品形成了Cr2O3和Al2O3的固溶體，這可能是由于Cr3+和Al3

45、+離子半徑的不同，使Al2O3的晶格活化，從而降低了Al2O3的燒結(jié)溫度，促進(jìn)了Al2O3的燒結(jié)，說明實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的初始預(yù)燒溫度實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到燒結(jié)水平。而Cr3+的實(shí)測(cè)置換率為5.2%，高于樣品2#的理論值3.2%，低于樣品3#的理論值6.51%，這可能是由于樣品2#中的Al3+缺陷導(dǎo)致Cr3+濃度相對(duì)較高。至于3#樣品，具體原因未知。用Jade 9.0分析三組燒結(jié)樣品，發(fā)現(xiàn)1#樣品為Al2O3，2#樣品為Al2O3(氧化鋁)，3#樣品為Al2O3(氧化鋁)。1600燒結(jié)后，1#樣品有固溶體，但2#樣品的成分似乎沒有變化。3#樣品的成分與預(yù)燒時(shí)不同，Cr3+的置換率從5.2%下降到4%。出現(xiàn)這種

46、情況的原因可能是摻雜濃度過高，也會(huì)阻礙摻雜。綜上，得出初步結(jié)論:在本實(shí)驗(yàn)中，Cr3+濃度的增加可以降低Al2O3的燒結(jié)溫度，并且隨著摻雜濃度的增加，摻雜變得更加困難。5.2.2單胞參數(shù)的計(jì)算和分析使用Jade 9.0軟件計(jì)算樣品的細(xì)胞細(xì)化度。表5-1顯示了用-Al2O3燒結(jié)后每組樣品的晶格參數(shù)。熱膨脹系數(shù)包括線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)，其計(jì)算公式如下:(5-1)其中L和V為燒結(jié)前后晶格常數(shù)和晶胞體積的變化，T為燒結(jié)前后的溫差。從表5-1可以看出，摻雜后晶格常數(shù)增加。隨著摻雜濃度的增加，晶格常數(shù)逐漸增大。這是因?yàn)镃r3+的半徑為0.061nm，比Al3+的半徑大0.053nm，造成了Al2O3胞的畸

47、變。摻雜越多，畸變?cè)絿?yán)重，但對(duì)Al2O3晶格的總體影響不顯著。從表5-2 5-4可以看出，晶格的變化很小，但濃度對(duì)其也有一定的影響。1#樣品的膨脹系數(shù)均為負(fù)值，說明1#樣品燒結(jié)后晶格結(jié)構(gòu)收縮，樣品更加致密。與樣品1#相反，樣品2#具有正膨脹系數(shù)。燒結(jié)后，晶格有所膨脹，樣品比燒結(jié)前疏松。樣品3#介于樣品1#和樣品2#之間，在aOb表面收縮，在垂直方向拉伸。但從體積的變化來看，3#樣品的整體效果是燒結(jié)后變得更加致密。表5-1燒結(jié)-Al2O3后各組樣品的晶格參數(shù)項(xiàng)目一個(gè)b ()c ()卷(三)密度(克/立方厘米)1#4.7589834.75898312.98902254.763.98722#4.76

48、8234.7682313.01472256.264.06503#4.7704514.77045113.0205256.614.0595-Al2O34.7404.74012.96252.83.994.0表5-2 5-4顯示了燒結(jié)前后各組樣品晶格參數(shù)的變化。表5-2 1號(hào)樣品燒結(jié)前后的晶格參數(shù)項(xiàng)目一個(gè)b ()c ()卷(三)密度(克/立方厘米)1#(正面)4.7616134.76161312.994450255.153.98111#(背面)4.7589834.75898312.989020254.763.9872熱膨脹系數(shù)(10-6)-2.761670-2.761670-2.089354-7.64

49、2563表5-3 2號(hào)樣品燒結(jié)前后的晶格參數(shù)項(xiàng)目一個(gè)b ()c ()卷(三)密度(克/立方厘米)2#(正面)4.7673884.76738812.99559255.794.07252#(背面)4.768234.7682313.01472256.264.065熱膨脹系數(shù)(10-6)0.8830830.8830837.3601899.187224表5-4 3號(hào)樣品燒結(jié)前后的晶格參數(shù)項(xiàng)目一個(gè)b ()c ()卷(三)密度(克/立方厘米)3#(正面)4.7717664.77176613.01824256.714.07253#(背面)4.7704514.77045113.0205256.614.0595熱

50、膨脹系數(shù)(10-6)-1.377897-1.3778970.868013-1.947723從三表的數(shù)據(jù)可以看出，摻雜濃度對(duì)燒結(jié)樣品的密度有一定的影響:在本實(shí)驗(yàn)中，燒結(jié)樣品的密度并不是隨著濃度的增加而單調(diào)增加，而是在2#濃度處存在一個(gè)最小值。5.2.3平面間距分析圖5-7顯示了燒結(jié)后每組樣品的每個(gè)衍射角對(duì)應(yīng)的晶面間距。從圖中可以看出:1)隨著2的增大，晶面指數(shù)發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的晶面間距(D值)非線性減小。2)不同濃度的摻雜對(duì)晶面間距的影響幾乎相同，因?yàn)閾诫s離子Cr3+的半徑與Al3+的半徑相近。圖圖5-7各樣品晶面間距與2的關(guān)系。5.3四探針測(cè)試樣品電阻率用RST-8四探針測(cè)試儀測(cè)試三組樣品的電阻

51、率。測(cè)試儀樣本的參數(shù)設(shè)置如表5-5所示:表5-5 RST-8四探針測(cè)試儀測(cè)量時(shí)設(shè)置的參數(shù)晶片識(shí)別測(cè)量范圍(A)電流(A)平均探針間距(毫米)直徑(毫米)直徑修正系數(shù)厚度(毫米)厚度校正系數(shù)探針間距修正系數(shù)一個(gè)103.305一個(gè)124.2750.80.9663一個(gè)對(duì)每組樣品在室溫(25C)下測(cè)得的七組電阻率進(jìn)行平均，得出表5-6:表5-6每組樣品的平均電阻率(25C)數(shù)字1#2#3#平均電阻率(kcm)0.0950.0730.065從表5-6可以看出，隨著濃度的增加，樣品的平均電阻率逐漸降低。這可能是由于Cr3+取代Al3+引起的晶格畸變。Cr3+的半徑比Al3+大，原子核對(duì)電子的束縛作用相對(duì)較

52、弱，電子的運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致電阻率降低。摻雜濃度越高，這種趨勢(shì)越強(qiáng)，使得高濃度摻雜樣品的電阻率越低。結(jié)論對(duì)摻雜濃度為0.641wt%、3.258wt%和6.635wt%的三組樣品的熒光光譜進(jìn)行了分析，得到了以下結(jié)論:1)在本實(shí)驗(yàn)的摻雜濃度范圍內(nèi)，Cr3+的摻雜濃度越高，樣品的熒光發(fā)射強(qiáng)度越低?？赡苁菗诫s濃度越高，樣品的晶格畸變?cè)酱?，散射效?yīng)越強(qiáng)。350nm和700nm附近的發(fā)射峰非常穩(wěn)定，其他發(fā)射峰隨著激發(fā)波長(zhǎng)的增加逐漸紅移。3)三組樣品都表現(xiàn)出上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，即在泵浦光激發(fā)下，都能發(fā)出比激發(fā)光波長(zhǎng)更短的熒光。但在本實(shí)驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)，濃度對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的影響并不明顯。4)在本實(shí)驗(yàn)中，Cr3+濃度

53、的增加可以降低Al2O3的燒結(jié)溫度。另外，隨著摻雜濃度的增加，摻雜變得更加困難。通過XRD分析，得出以下結(jié)論:1)燒結(jié)前后，各組樣品的衍射峰基本保持不變。說明溫度的變化對(duì)晶格的影響很小。同時(shí)橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，濃度的變化對(duì)燒結(jié)前后的晶格影響不大，這主要是由于Cr3+的半徑與Al3+的半徑相近，離子替代引起的晶格畸變很小。2)燒結(jié)后在每組樣品中產(chǎn)生四個(gè)新的衍射峰?？梢源_定A峰是Cr4+的衍射峰，B峰是Cr5Al8的衍射峰，C峰暫時(shí)不能確定為-Al2.427O3.64的衍射峰，D峰未知。3)隨著摻雜濃度的增加，各組樣品的晶格常數(shù)增加，這是因?yàn)镃r3+的半徑為0.061nm，比Al3+的半徑大0.053n

54、m，導(dǎo)致Al2O3晶胞輕微畸變。4)隨著2的增大，晶面指數(shù)發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的晶面間距D值逐漸減小。5)不同濃度的摻雜對(duì)晶面間距的影響幾乎相同，因?yàn)閾诫s離子的半徑與Al3+相近。用四探針測(cè)試儀測(cè)量每組樣品的電阻率，發(fā)現(xiàn)隨著摻雜濃度的增加，樣品的電阻率逐漸降低。參考1品、傅洲、郭振。材料科學(xué)基礎(chǔ)教程第3版M。:理工大學(xué)，2009年。2室谷H，米圖達(dá)T，若木M等.擠壓成型法制備高摻鉻Al2O3陶瓷的光學(xué)特性。日本。j .應(yīng)用物理學(xué)。, 2000, 39: 2748-2749.伊恩鄭國(guó)。具有光電功能的透明陶瓷及其應(yīng)用J.化學(xué)工程與設(shè)備，2008，(1): 46-48。曾志江，邱虹，徐軍. Cr3+在透明

55、氧化鋁陶瓷中的發(fā)光特性J.激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2005，42(7): 42-44。易，智軍，王世偉。透明氧化鋁陶瓷研究的新進(jìn)展J.無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2010，25(8): 795-800。關(guān)長(zhǎng)斌，郭英奎，于成。陶瓷材料概論M。工程大學(xué)，2005。屈方圓。功能陶瓷及其應(yīng)用M。:化學(xué)工業(yè)，2003年。8董斌。稀土摻雜氧化鋁粉體的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性研究J.理工大學(xué)博士論文，2006。致謝本文是在衛(wèi)青先生的熱情關(guān)懷和指導(dǎo)下完成的，他淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度讓我受益匪淺。從論文選題開始，老師就開始給我細(xì)心的指導(dǎo)和幫助，對(duì)我順利完成這個(gè)題目起到了很大的作用。我想在這里向他表達(dá)我的心聲！在完成論文的過程中，還得到了解、向、川、王偉等同學(xué)的熱心幫助。在此向他們表示深深的感謝！最后，向所有在百忙之中審閱本文的專家和老師們表示衷心的感謝！作者簡(jiǎn)介姓名何性別:男出生日期:1988年5月民族:漢族電子郵件: HYPERLINK mailto:hejianzhao.v163%20%20%20%20 河間招. v163明升本論文工作于2011年3月至2011年6月在信息工程學(xué)院光電技術(shù)學(xué)院完成。除特別注明外，文中不包含他人已發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含用于獲取信息工程學(xué)院或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書的材料。關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)的說明；我完全理解信息工程學(xué)院關(guān)于保存和使