导电陶瓷绝大部分陶瓷属于绝缘体,但具有间隙结构的碳化物等硬质化合物具有十分良好的导电性,这类间隙相属于电子电导。除间隙相以外,还有一些陶瓷,它们经适当处理或在适当条件下具有与液体强电解质相似的离子电导。
(1)氧离子导电陶瓷
1)氧化锆陶瓷。纯净无缺陷的zrO:是绝缘体,电阻率高达10”~10”Q·cm。经异价离子掺杂后,为了保持电中性,材料中产生氧空位,例如掺杂Y和Ca的反应: V(1一x)Zr02+(X/2)Y203=z一:xY;’o;:(车)+{}V彳厶 (1一x)Zr()2+XCa()=z矸:xca;’O;:x+xVf氧空位电离,形成带正电的空穴:%=%+矗 %=%+九’
以上式子为Kroger—Vink准化学反应式。因本书多处应用这种反应式,在此对其作简要介绍。在此准化学反应式中,M表示正电性元素,x表示负电性元素,O表示氧,V表示空格点,e表示电子,h表示空穴。下标中M表示子晶格M的位置,0表示子晶格氧的位置,i表示填隙位置。上标中×表示电中性,·表示一个正电荷,’表示一个负电荷。[ ]表示浓度。对于此类方程不仅要求元素平衡,而且要求电价平衡。
导电陶瓷
空穴附近O卜的价电子极易被激发进人空穴,0卜变为0卜并形成一个新的空穴。新空穴附近另一个O。一的价电子又被激发进人新空0。一变为新的O卜,原来的O卜获得一个电子重新变成O卜。如此循环宏观上形成O。一的传导。更详细的原理参看本书7.1节。
稳定化ZrO:的电导率随温度丁的变化列如表6.41。从表看出,稳定化Zr~):是一种很好的高温导体,可作高温发热材料,在氧化气氛中的最高使用温度为2100—2200℃。也可用作高温电极材料。
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本文“导电陶瓷的作用(图)”由科众陶瓷编辑整理,修订时间:2020-10-24 15:42:55
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