Sb離子對ZnFe2O4基陶瓷導電性能的影響

李 敏，郝文斌，張 強

（中國建筑第二工程局有限公司，上海 200000）

1 陶瓷的制備

采用常規固相反應法制備了ZnFe2-xSbxO4（x=0、0.01、0.02、0.03、0.04，分別表示為ZFS0、ZFS1、ZFS2、ZFS3 和ZFS4）陶瓷。詳細制備方法如下：按化學式配比ZnFe2-xSbxO4進行稱量，原料為氧化鋅（ZnO，≥99.0%），檸檬酸鐵（FeC6H5O7·5H2O，≥97%），三氧化二銻（Sb2O3，≥99.0%））。將原料混合，通過行星球磨機進行球磨，球磨轉速為420r/min，球磨時間為2h。球磨后利用恒溫鼓風干燥箱將漿料在110℃下干燥24h，制得前驅體粉料。前驅體粉末經過研磨、成型，在900℃下空氣氣氛中煅燒5h。煅燒后的粉末用聚乙烯醇溶液造粒，然后壓制成直徑為12mm、厚度約為2mm 的圓片，在1 300℃的空氣中燒結1h。對圓柱形燒結陶瓷的兩個底面進行拋光，然后涂上銀漿，放置于管式電阻爐中，在600 ℃下固化5min，制成歐姆電極，方便進行電性能相關測試。

2 陶瓷的結構表征

ZnFe2-xSbxO4陶瓷的XRD圖譜如圖1所示。通過分析，所有衍射峰都對應PDF No.79-1150 卡片所示的尖晶石ZnFe2O4相，未檢測到雜質峰。根據布拉格定律，ZnFe2-xSbxO4陶瓷的晶格參數（a）可從XRD 圖譜中獲得，結果，如表1 所示。可以看出，晶格參數的大小隨著銻離子濃度的變化而變化，表明銻離子已經被取代到尖晶石晶格中。Sb5+離子半徑（0.060nm）小 于Fe3+離子半徑（0.065nm），因此Sb5+離子的取代降低了ZnFe2-xSbxO4陶瓷的晶格參數。

表1 不同Sb含量的ZFS陶瓷的晶格常數α的比較

圖1 不同銻含量鐵酸鋅陶瓷的X射線衍射圖

尖晶石材料由過渡元素組成，過渡元素的價態受燒結氣氛影響。燒結過程中氧濃度低時，燒結過程中可能出現氧空位。隨著Sb 離子的取代，Fe2+濃度增加，形成氧空位的缺陷反應可表示為式（1）：

其中V″O代表氧空位。對于x=0.03的摻雜陶瓷，晶格常數略高于純ZnFe2O4，是由于Sb3+離子和Fe2+離子的協同作用?！?br>