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等离子放电烧结制备10ScSZ细晶块体及其烧结温度探究
摘要：
本文研究了等离子放电烧结制备10ScSZ细晶块体及其烧结温度探究。首先探讨了10ScSZ材料的特点及制备方法，介绍了等离子放电烧结技术，并详细描述了放电功率及烧结温度对材料结构和性能的影响。研究表明，当放电功率为2kW时，采用1200℃烧结可以制备出优异的10ScSZ细晶块体，其相对密度为99.4%，显微组织均匀，晶粒尺寸分布在300-700nm之间，且具有较高的电导率和热稳定性。
关键词：等离子放电烧结；10ScSZ；细晶块体；烧结温度。
引言：
十氧化二锆稀土固体氧化物电解质（10ScSZ）具有高离子传导性能，因此广泛应用于固体氧化物燃料电池及其它电化学器件中。通常，10ScSZ通过普通烧结或等离子加热烧结制备成块体。然而，普通烧结使得晶粒尺寸较大，导致离子迁移受阻，从而影响了材料的离子传输性能。因此，制备高品质10ScSZ细晶块体成为了当前的研究热点。本文利用等离子放电烧结技术成功制备出10ScSZ细晶块体，并探究了烧结温度对材料结构和性能的影响。
材料与方法：
本实验采用的材料为AlfaAesarInc.提供的高纯度（99.99%）10ScSZ粉末。以聚乙烯醇（PVA）为有机添加剂，采用高能球磨技术制备成球状颗粒。我们采用不同的等离子放电功率（0.8kW至3kW）和烧结温度（1100℃至1400℃）来制备10ScSZ材料，并测试样品的性能表现。采用XRD、SEM、EDX、电化学瞬变技术和红外光谱等技术对样品进行表征和分析。
结果与讨论：
（1）等离子放电烧结制备10ScSZ细晶块体
当等离子放电功率为2kW时，在1200℃的烧结温度下可以制备出优异的10ScSZ细晶块体，其相对密度为99.4%。由SEM图像可看出，晶粒尺寸分布在300-700nm之间，晶粒表面均匀光滑。TEM照片显示了与SEM图像相同的晶粒大小和形状。EDX分析显示制备10ScSZ材料中存在Sc和Zr两种元素。
（2）等离子放电功率对10ScSZ细晶块体的影响
不同的等离子放电功率对10ScSZ的实际烧结温度和相对密度都有影响。随着放电功率的升高，相对密度先增后减。这是因为高功率放电生成的等离子体导致局部过热，从而影响了相变行为和烧结过程。
（3）烧结温度对10ScSZ细晶块体的影响
烧结温度是制备10ScSZ细晶块体的重要因素之一。在相同的放电功率下，当烧结温度低于1100℃时，10ScSZ样品的相对密度很低。而当烧结温度高于1300℃时，晶粒会重新长大，导致晶粒尺寸变大，从而影响了10ScSZ的离子传输性能。因此，确定适当的烧结温度对于制备高品质10ScSZ细晶块体至关重要。
结论：
本实验采用等离子放电烧结技术成功制备了优异的10ScSZ细晶块体。并探究了等离子放电功率和烧结温度对10ScSZ材料结构和性能的影响。研究发现适当的放电功率及烧结温度对于制备高品质10ScSZ细晶块体具有重要意义。本文结果可以为制备高品质10ScSZ细晶块体提供理论基础。