La1-xSrxCrO3-MgAl2O4复合陶瓷的合成、结构及高温电性能研究

It is believed that compositing two different crystal structures of materials has multifunctional cross-coupling effect, which is an important means of the development of new functional materials. The perovskite-type LaCrO3 exhibits a high conductivity and high-temperature resistance performance. The spinel-type MgAl2O4 has a high resistivity and can increase the resistivity and improve the high temperature stability of the composite materials. However, these two materials show poor sinterability and can be densified by the elements doping or vacuum hot-pressing sintering. . This proposal selects the La1-xSrxCrO3-MgAl2O4 composite ceramics as the the research object, focuses on the relationship between microstructure and high temperature electrical properties of composite ceramics. To probe into the interdiffusion rules and ion migration mechanism, and revel the conduction mechanism through investigating the effects of conventional sintering and vacuum hot-pressing sintering on composition, structure and electrical properties of composites; To revel the aging mechanism through comparing the effects of different aging atmosphere (air、vacuum) on electrical properties of composite ceramics. . The achievements of this project will have great significance in the preparation of La1-xSrxCrO3-MgAl2O4 high-density composite ceramics and their application in the field of high temperature thermistor ceramics.

不同晶体结构材料复合具有多功能交叉耦合效应，是新功能材料开发的重要手段。高电导相LaCrO3钙钛矿材料具有优良的耐高温性能，高阻相MgAl2O4尖晶石材料有助于提高复合材料的电阻率和高温稳定性，但二者烧结活性较差，而掺杂或真空热压烧结可有效提高二者的致密度。. 本项目拟以La1-xSrxCrO3-MgAl2O4复合陶瓷材料为研究对象，对复合材料微观结构与高温电性能之间的关系进行研究。通过比较常规烧结和真空热压烧结对复合陶瓷组成、结构和电性能的影响规律，探讨复合材料相扩散规律和离子迁移机制，揭示复合材料导电机理；比较不同老化气氛（空气、真空）对复合陶瓷电性能的影响规律，揭示复合材料老化机制。. 项目的研究成果对La1-xSrxCrO3-MgAl2O4高致密度复合陶瓷的制备及其在高温热敏陶瓷领域的应用具有重要意义。

随着全球制造业的快速发展，开发高温（>300℃）环境用的新型热敏陶瓷材料成为热敏传感器领域重要的发展方向和发展趋势。本项目以LaCrO3和MgAl2O4单相热敏陶瓷材料制备、结构及电性能为基础，通过高电导相LaCrO3和高阻相MgAl2O4材料复合结合Sr、Mn、Cr等离子掺杂改性，采用常规烧结、真空热压烧结、放电等离子烧结等技术手段制备了系列高温复合热敏陶瓷材料，重点研究了复合陶瓷材料复合度、结构与高温电性能的构效关系，揭示了复合陶瓷高温导电机理，阐明了复合陶瓷高温老化机理。取得的成果主要有：.1. 通过不同埋烧材料埋烧LaCrO3印证了其在高温下挥发产生气态CrO3导致其烧结不致密的假设；揭示了La1-xSrxCrO3热敏陶瓷材料小极化子跳跃电导机理，其电导主要通过电子在Cr3+与Cr6+离子之间传输形成。.2. 研究了常规烧结、真空热压烧结、Cr含量对Mg(Al1-xCrx)2O4材料结构及电性能的影响规律：经真空热压烧结后，其晶粒尺寸为200~500 nm，致密度在x=0.3时达到最大值92.3%, 而常规烧结陶瓷材料在x=0.3时为77.7%；两种烧结方法制备的材料都具有负温度系数特性，且其电阻率随Cr含量的增大而减小；真空热压烧结过程中，Cr挥发量减少，导致Cr4+离子减少，电阻率增加，真空热压烧结陶瓷材料具有更高的电阻率和B值。.3. LaCrO3-MgAl2O4基热敏陶瓷结构为复合结构，即同构于LaCrO3的正交晶系钙钛矿相和同构于MgAl2O4的立方尖晶石相；复合陶瓷材料电阻率随着温度的升高而下降，显示负温度系数的特性，电导主要通过电子在不同价态阳离子间传输形成；复合热敏陶瓷高温电性能可通过离子掺杂量、两相复合度进行调节；随着钙钛矿相含量的增大，复合陶瓷材料电阻率降低；随着Sr2+含量的增大，复合陶瓷材料电阻率降低；较常规烧结样品，真空热压烧结样品电阻率和B值增大，这是由于真空热压烧结短的烧结时间和真空条件减少了Cr挥发，从而导致Cr4+离子浓度减少，使其电阻率增加；复合陶瓷材料高温老化机理是由于Cr挥发引起的。.项目成果申报国家发明专利3项，在Materials Letters、Journal of the American Ceramic Society等期刊发表SCI论文10篇，对于新型高温热敏陶瓷材料的设计开发与应用具有重要的理论参考价值。