不掺杂TiO_2陶瓷的缺陷化学与气孔形成机理

通过应用缺陷化学和材料检测手段对不掺杂TiO2陶瓷气孔形成的机理进行研究。以锐钛矿TiO2粉体为原料,采用传统电子陶瓷工艺制备了不掺杂TiO2陶瓷,应用SEM、EDS和XPS测试在1 300、1 350和1 400℃烧结的不掺杂TiO2陶瓷样品的显微结构、化学组成和离子价态;根据不掺杂TiO2陶瓷晶粒的缺陷化学方程式和电中性条件,计算TiO2晶粒的缺陷浓度;基于点缺陷热力学方法,计算不掺杂TiO2陶瓷晶界的氧空位分布。结果表明:随烧结温度的升高,颗粒间的气孔逐渐减小,而晶粒中的气孔则逐渐长大,这是由于氧空位浓度随温度的增加而增加引起的。不掺杂TiO2陶瓷的氧空位在晶界出现偏析行为,并随烧结温度的增加,晶粒中的氧空位浓度和晶界氧空位浓度均随之增加。不掺杂TiO2陶瓷中存在三价钛离子和晶界吸附氧,三价钛离子浓度和晶界吸附氧含量随烧结温度的增加而增加。不掺杂TiO2陶瓷晶粒和晶界中存在较多气孔,主要起源于高温烧结过程中晶格氧的挥发和氧空位在晶界的偏析。