纳米复合氧化锆-镍系列金属陶瓷的制备及性能研究

摘要

YSZ-Ni(镍-氧化钇稳定的氧化锆)金属陶瓷可以应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)和功能梯度材料(FGM)中.固体氧化物燃料电池以其能量转化率高、环境友好、燃料适应性强和寿命长等优点,受到广泛的重视.该文采用一种新的络合-凝胶法.方法如下:将镍盐、锆盐、稳定剂和水溶剂按所需成分配成混和溶液,再将混和溶液、外加剂按比例混和形成溶胶,溶胶经干燥成为凝胶,凝胶经预烧得到YSZ-NiO氧化物纳米粉末,将该氧化物粉末还原得到YSZ-Ni纳米复合粉末.络合-凝胶法克服了其它制备方法中金属相和陶瓷相分布不均、工艺难以控制的缺点.该法具有原料易得、无污染、化学成分和相组分易控制、工艺简捷、性价比高等优点.该论文工作通过制备含Cr、V、Mo、Ti金属元素或其碳化物的YSZ-Ni复合材料,探索金属元素或其碳化物对金属陶瓷性能与对金属-陶瓷润湿性的影响.用XRD研究了YSZ-Ni系列金属陶瓷粉末的相结构,制得的粉末中的ZrO<,2>均为四方相;这是因为反应中生成的少量Y<,2>O<,3>进入到ZrO<,2>的晶格间隙,起到了稳定ZrO<,2>的作用.用X射线小角衍射测试了YSZ-Ni、YSZ-Ni-Cr和YSZ-Ni-V复合粉末的晶粒度,结果表明:它们的晶粒平均粒径分别为72.3nm、63.4nm和42.2nm.用SEM观察了所制备的YSZ-Ni系列金属陶瓷的断面形貌,结果表明:金属Cr和V的引入对金属相和YSZ基体的润湿起到了改善的作用,而引入金属Mo对YSZ-Ni的润湿性没有起到改善作用;热压烧结后YSZ-Ni系列金属陶瓷的晶粒大小和分布十分均匀,晶界清晰,粒度在0.3μm左右.用四探针法测量了样品从室温到800℃的电导率,结果表明:所有样品的导电机制均为混和电导.

目录

文摘

英文文摘

第一章：总论

1.1 YSZ-Ni纳米金属陶瓷复合材料的研究进展

1.1.1氧化锆陶瓷的结构及其稳定剂的选择

1.1.2 YSZ-Ni金属陶瓷复合材料的制备与烧结

1.2 YSZ-Ni金属陶瓷复合材料的应用

1.2.1功能梯度材料(FGM)

1.2.2固体氧化物燃料电池(SOFC)

1.3金属陶瓷润湿性

1.3.1金属陶瓷润湿性机理

1.3.2金属陶瓷润湿性的改善方法

1.4本课题的提出

第二章实验部分

2.1原料及样品制备

2.1.1制备样品的主要原料

2.1.2样品的组成及编号

2.1.3实验技术路线

2.2性能测试

2.2.1密度的测定

2.2.2 X射线的测定

2.2.3 SEM及TEM分析

2.2.4电性能测定

第三章：结果与分析

3.1金属陶瓷粉末和烧结体的相组成和微结构

3.1.1粉末的相组成

3.1.2烧结体的相组成

3.1.3烧结体的微结构

3.2粉末的粒度分布

3.3烧结体的致密度及影响因素

3.4烧结体的电导率

第四章结论

参考文献

致谢

附录