一文認識氧化錫陶瓷材料

2020-12-06 瓷錄Ceramats

1.氧化錫陶瓷

二氧化錫是n型半導體,呈白色細分散的粉末,是一種優秀的透明導電材料,在氣敏件、液晶顯示、光探測器、太陽能電池、光催化、電催化、保護塗層等領域都具有廣闊的應用前景,也是第一個投入商用的透明導電材料,工業上為提高其導電性和穩定性,常進行摻雜使用,例如摻雜有Sb,V和Ni等元素能使導電性劇烈增加。以二氧化錫為基質的陶瓷材料,不僅具有良好的導電性和高密度,而且具有耐高溫、高溫重軟化點和優良的抗腐蝕性,因此可以作為高溫加熱的電極材料如坩堝、熱電偶保護套和化工設備的襯裡等。

圖.氧化錫粉末

2.SnO2陶瓷的性能

SnO2陶瓷的熱膨脹係數小(為氧化鋁陶瓷的1/2),導熱係數高,熱穩定性比氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷都高。SnO2陶瓷在1400℃下揮發率較低,在1500℃以上揮發強烈,因此,SnO2陶瓷只能在氧氣氛中於1500℃以下使用。

純SnO2陶瓷常溫比電阻是1010~1011Ω·㎝。但添加二價或三價金屬氧化物後,會降低其比電阻。例如加入Sb2O3和CuO後,SnO2的比電阻降低7~8個數量級。

SnO2陶瓷抵抗玻璃液的侵蝕能力強。在1200℃時,SnO2陶瓷電極對鈣玻璃耐侵蝕能力比電熔剛玉高1~2倍。在1500℃時耐鹼侵蝕能力比電熔剛玉高4倍。它還耐鉛玻璃、砷玻璃、鐵玻璃、銅玻璃的侵蝕。

3.SnO2陶瓷的製備

氧化錫陶瓷通常採用SnO2來製得,且SnO2含量約為96%~98%,見表1。製備坯料時,必須加入一些添加物。根據對產品性能要求的不同,添加劑分為兩類。一類是促進燒結的添加劑,這類添加劑有金、銀、銅、鐵、鎳、鋅等金屬氧化物。另一種是降低電阻的添加劑,主要有砷、銻、銅、鈾、鍶、鈮等的氧化物。加入量是依產品的性能要求而定,一般為0.5%~2%(質量)。

表1.氧化錫陶瓷添加物組成

耐火溫度不低於1900℃,它由標準光學常數尺寸為3~8μm等軸二氧化錫顆粒組成。成型普遍採用幹壓或注漿法。氧化錫陶瓷通常在氧化氣氛、1450~1500℃溫度下燒成。周圍介質氣氛對SnO2陶瓷的導電率有影響。當氧分壓較高時,氧分子會進入固相的點陣中,產生P型電子導電;當氧分壓較低時,例如在還原氣氛中,晶體點陣缺氧,則產生n型電子導電。一般情況下,SnO2以離子導電為主。

為了提高SnO2陶瓷常溫導電能力及不同溫度時導電率的穩定性,可採用氣相處理和熱處理的工藝。氣相處理是利用滷化錫(如SnCl2、SnCl4、SnBrCl3等)揮發的蒸氣與含游離氧的混合氣體,向產品表面深度沉積,在孔隙中生產緻密的導電率高的化合物(如SnO)或金屬陶瓷。熱處理是將氧化錫陶瓷加熱到1200℃並通入惰性氣體(如氮、氬等),使其常溫電阻率降低6~7個數量級。真空比惰性氣體的改性效果更好一些。

4.SnO2陶瓷的用途

由於SnO2陶瓷的熱膨脹係數小,導熱係數大,高溫熱穩定性好,因此,可以用作高溫導熱材料。由於高溫時的導電率高,它可以用作高溫導電材料。又由於它抗鹼性強,可以用作特種坩堝和玻璃電容的電極。

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