【正文】 算與分析 ................................................................................. 14 晶面間距的分析 ............................................................................................ 15 四探針測(cè)試樣品電阻率 ........................................................................................ 16 結(jié) 論 ........................................................................................................................ 16 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 17 致 謝 ........................................................................................................................ 18 聲 明 ........................................................................................................................ 19 第 1 頁(yè) 共 19 頁(yè) 1 引言 陶瓷是以粉體為原料，通過(guò)成型和燒結(jié)等所制得的無(wú)機(jī)非金屬材料制品的統(tǒng)稱(chēng)。 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光電特性的影響 摘 要 氧化鋁陶瓷具有絕緣、高機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫的性質(zhì)，氧化鋁也可做成透明陶瓷、生物惰性陶瓷等功能材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用 授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究 成果。本文介紹了摻 Cr氧化鋁陶瓷的制備流程，采用固相燒結(jié)法制備了 3組濃度分別為 %、 %、 %的 Cr摻雜Al2O3樣品 ，通過(guò) X射線衍射儀 (XRD)、熒光分光光度計(jì)、四探針測(cè)試儀的測(cè)試，分析了摻雜不同濃度 Cr對(duì)氧化鋁陶瓷光學(xué)、電學(xué)性能的影響。新型無(wú)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備一些特殊的物理性能。如今，研究 Al2O3陶瓷在透明、耐高溫、上轉(zhuǎn)換發(fā)光等方面的應(yīng)用很多，遺憾的是至今尚未有研究 Cr摻雜濃度對(duì)氧化鋁陶瓷的光電特性的影響的報(bào)道，此課題恰好可以填補(bǔ)這方面的空白；亦可為旨在提高氧 化鋁陶瓷光電特性的研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。此外，稀土摻雜氧化鋁粉末在光學(xué)高溫傳感方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)用潛力 [8]。 βAl2O3 并不是 Al2O3 的變體，而是一種含量很高的鈉的多鋁酸鹽礦物，化學(xué)式為 Na2O?11Al2O3，密度 。熔點(diǎn) 2050176。 3 氧化鋁陶瓷的制備工藝過(guò)程 氧化鋁陶瓷的制備過(guò)程一般包括原料處理和加工、備料、成型、燒結(jié)。將各原料的摩爾比除以該原料的純度，得到各原料的修正值； 3) 計(jì)算各原料的質(zhì)量； 4) 計(jì)算質(zhì)量百分比。稱(chēng)量時(shí)應(yīng)盡量做到迅速、準(zhǔn)確。C 時(shí)轉(zhuǎn)化近于完成，并有一定體積收縮。C 的高溫煅燒，煅燒后的材料稱(chēng)為燒塊。粉料的制備方法包括機(jī)械加工法（也稱(chēng)固相法），液相法和氣相法。但當(dāng)磨機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)就會(huì)失去粉碎作用。通常的比例為球：料：水 =(1～ )： 1： (～ )； ⑸ 助磨劑的影響。由于水或其他分散介質(zhì)的劈裂作用，濕磨效率比干磨要高。為了減少雜質(zhì)污染，一般可采取的措施有：①球磨時(shí)間不可過(guò)長(zhǎng)；②球磨罐要鑲襯里（可用瓷瓦、橡皮或耐磨塑料等，小球磨可用尼龍罐、塑料罐等）；③球可用鵝卵石、燧石、瑪瑙等，也可用人造的瓷球（如氧化鋁瓷球，或與原料組成近似的瓷球）。 漿料壓濾、困料 工業(yè)生產(chǎn)上一般采用壓濾的方法除去濕法細(xì)磨漿料中的水。同時(shí)，坯料中有機(jī)物的腐爛作用可提高坯料的可塑性。 加壓造粒是將混合了黏合劑的粉料預(yù)壓成塊，然后再粉碎過(guò)篩。為了滿足成型要求，坯料中一般要加黏合劑。該方法生產(chǎn)效率高，易于自動(dòng)化，制品燒成收縮率小，不易形變。單面加壓時(shí)，直接受壓一端的壓力大，密度大；遠(yuǎn)離加壓一端的壓力小，坯 體密度也小。 3) 加壓速度和時(shí)間。 干壓坯件的排膠工藝。坯片的大小、厚薄不同，排膠升溫曲線不相同。C/h， 400176。 燒結(jié) 燒結(jié)是使成型的坯體在高溫作用下致密化，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(guò)程。 保溫階段 保溫階段是陶瓷燒結(jié)的主要階段，在這一階段各組分進(jìn)行充分的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，以獲得要求的致密、結(jié)構(gòu)和性能的陶瓷體。超出這個(gè)范圍，瓷體氣孔率都增大，機(jī)械性能和電性能降低。 4 樣品的制備 本實(shí)驗(yàn)通過(guò)向 Al2O3 粉末中分別摻雜不同濃度的 Cr 粉，經(jīng)過(guò)燒結(jié)等工藝，制得 Cr 摻雜氧化鋁陶瓷片樣品，并測(cè)試了各組樣品的光學(xué)、電學(xué)性能。 ⑶ 抽濾。將 3組粉料分別均勻地倒入坩堝槽內(nèi)， 并稍微緊壓，使粉料更致密。對(duì)每組樣品稱(chēng)量、壓片。 發(fā)射光譜與激發(fā)光譜 燒結(jié)后每組樣品的發(fā)射光譜和激發(fā)光譜 圖 52為 1樣品的熒光光譜，由 圖可知， 1樣品的主要發(fā)射峰位置在 691nm處，而且相當(dāng)尖銳。 圖 52 1樣品的熒光光譜。 3) 在上述 4 種激發(fā)波長(zhǎng)下， 3 組樣品都顯示出了上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，即受到泵浦光激發(fā)時(shí)，可以發(fā)射出比激發(fā)光波長(zhǎng)更短的熒光。）。 用 Jade 分析預(yù)燒后的 1樣品，發(fā)現(xiàn)主要晶型為 Al2O3，還有就是 βCrO2和 αCrO2。 晶胞參數(shù)的計(jì)算與分析 利用 Jade 軟件對(duì)樣片進(jìn)行晶胞精細(xì)化計(jì)算。 表 51 燒結(jié)后每組樣品以及 αAl2O3 的晶格參數(shù) 項(xiàng)目 a(197。) 體積 (197。) 體積 (197。C) 編號(hào) 1 2 3 平均電阻率 (k?但在本實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，濃度對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的圖 57 各組樣片各晶面間距與 2θ 的關(guān)系 第 17 頁(yè) 共 19 頁(yè) 影響并不明顯。 4) 隨著 2θ 的增大，晶面指數(shù)發(fā)生改變，對(duì)應(yīng)的晶面間 距 d 值逐漸減小。 （ 2）學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制方式保存學(xué)位論文。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 第 22 頁(yè) 共 19 頁(yè) 致 謝 時(shí)間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過(guò)去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績(jī)的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開(kāi)的。郭謙功老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 回首四年，取得了些許成績(jī)，生活中有快樂(lè)也有艱辛。他無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。是他們?cè)谖耶厴I(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì)，給了我很多解決問(wèn)題的思路，在此表示衷心的感激。 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無(wú)盡的難舍與眷戀。沒(méi)有他們的幫助，我將無(wú)法順利完成這次設(shè)計(jì)。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解 濱州學(xué)院 關(guān)于收集、保存、使用 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的 內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。文中除了特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程學(xué)院或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料?？梢钥隙?a 峰為 Cr4+的衍射峰， b 峰為 Cr5Al8 的衍射峰， c 峰暫不能肯定是 的衍射峰， d 峰不知道是什么的衍射峰。 2) 在 350nm 和 700nm 附近的發(fā)射峰十分穩(wěn)定，其他發(fā)射峰隨著激發(fā)波長(zhǎng)的增大逐漸紅移。測(cè)試儀針對(duì)樣品 設(shè)定的參數(shù)如表 55： 表 55 RST8 型四探針測(cè)試儀測(cè)量時(shí)設(shè)定的參數(shù) 晶片標(biāo)識(shí) 量程(μA) 電流(μA) 探針平均間距 (mm) 直徑(mm) 直徑修正因子 厚度(mm) 厚度修正因子 探針間距修正因子 1 10 1 12 1 對(duì)每組樣品測(cè)得室溫下 (25176。) b(197。) b(197。2樣品與 1樣品相反，膨脹系數(shù)為正值，燒結(jié)后晶格有所膨脹，樣品比燒結(jié)前更疏松。C 燒結(jié)后發(fā)生了固溶， 2樣品組成似乎沒(méi)有改變， 3樣品的成分與預(yù)燒后有所區(qū)別， Cr3+的替換率由 %降為 4%，出現(xiàn)這種情況的原因可能是由于摻雜濃度過(guò)高，也 會(huì)阻礙摻雜 。根據(jù) Jade 軟件的分析，大概可以肯定 a 峰為 CrO2 的衍射峰， b 峰為 Cr5Al8的衍射峰，而 c 峰暫時(shí)不能肯定是否是 的衍射峰， d 峰暫不知曉是什么導(dǎo)致。（圖上截取 20176。這可能是因?yàn)閾诫s濃度越高，樣品晶格畸變?cè)絽柡?，散射作用越突出?dǎo)致。 1（左）， 2（中）， 3（右） 第 11 頁(yè) 共 19 頁(yè) 用 400nm、 450nm、 470nm、 500nm波長(zhǎng)的光來(lái)激發(fā) 3樣品，并未發(fā)現(xiàn)固定的發(fā)射峰，后改用 220～ 320nm范圍的波長(zhǎng)激發(fā)，產(chǎn)生如圖 54所示的發(fā)射光譜。 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 經(jīng)過(guò)預(yù)燒、造粒、壓片成型、排膠及燒結(jié)，三組樣品隨著濃度的增加，顏色更深，如圖 51 為燒結(jié)后的 3 個(gè)樣品。 表 43 各組樣品預(yù)燒后的體積收縮比 樣品編號(hào) 1 2 3 體積收縮比例 % % % 第 10 頁(yè) 共 19 頁(yè) 將塊材粉碎研磨、過(guò) 80目（平均孔徑 ）篩，每組樣品稱(chēng)量 3g后加入4mL質(zhì)量濃度為 5wt%的 PVA（聚乙烯醇水溶液），并用磁力攪拌器對(duì)其進(jìn)行攪拌約 10h至糊狀，將樣品放入恒溫干燥箱烘干 10h后取 出再粉碎研磨、過(guò) 80目篩。將烘干后的 3組餅狀樣品分別進(jìn)行粉碎、研磨，并過(guò) 200目（平均粒徑 75um）篩，使粒徑分布變窄，樣品更均勻。 ⑵ 球磨混合。快冷應(yīng)注意避免瓷體開(kāi)裂和炸裂。C。C 以前逐步揮發(fā)掉，有機(jī)黏合劑在 200～ 350176。C/h。C/h； 350～ 400176。整形的作用是使坯片排除一定的水分和黏合劑，獲得平整的外形和初步的定形。排除黏合劑的工藝稱(chēng)為排膠。壓力過(guò)大，坯體容易出現(xiàn)裂紋、分層和脫模困難等現(xiàn)象。 干壓成型應(yīng)注意以下工藝問(wèn)題： 第 7 頁(yè) 共 19 頁(yè) 1) 加壓方式。下面簡(jiǎn)要介紹一下干壓成型。造粒的好壞與料漿的粘度、噴嘴壓力和濕度等因素有關(guān)。 造粒工藝是將已經(jīng)磨得很細(xì)的粉料，經(jīng)干燥、加