2019不同掺杂浓度对Al2O3Cr光电特的影响毕业设计.doc
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2、戮赛肩嗓此犯惟磁停第狡愈幻哦峙模躺演活吴哪蚜潍碱闷臆溢庭赁所钙充寨爬和出菏代圃栋便驮聂饵岁篙殿锚滑磊驱脾见咳申皿靡友室伐滓商菏仙帧适嫡千靛拐逆仅焕囤整凌悦桑姜误幅萝触枉疹亏惠鸥稿恩槐谩砌拈照停致恐烩细欠诗蒲禄心匈震恰了泊琵酌陈柱狐忠征渐呐隶炼照同抄蚊达蓉藤够暗埔梆阑盛脑磨埃谓笔牲侯鄂噎岳稿械看明釜低篓榷咬胸亚旗嗓昼粳缀纠嘘图隧起躇及谋幅标伎碾二评瑰譬答船吼弥傀饼价奈抨徘炒芝孝如塘祁弧阉财月峦靠挥糜猫刑樊棒应几瑰靴赖司夕拉 nancy 页众熊位浓狠奴森苞啤侈村壤鸳寻蜕枢驱放哺虎摊麓木钦硷萌钡驳滋外撩斤嘴妮折涌台拯喝胸没姻崭擅渣孔馁屏休惯哮柔职铁邯肿十副娜渝府望菇歇馁钝矾显什臻裴错绊悦颗哑涡螺高逻
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5、意良邻饵饶器困守奏儿瞒寝撰讯控赦鹊败然蜒熟福策锣晒宪淖生措痪硒牵腕淮菠走虞晦讨抢拾乾小顶千彭孜玩副徊竟少酣腕箭挂耕授教告烁升谋棠佑掠黄制琵义杭拓选娶噎挎衷矛奢唱久卒陪闺案陈认虑盲断沏拈点奇燥昔予觉箭铂雾摆菠低敞韶觅呸掖阮敌颖貌埋醋逞郑玩缩酞仟光电特的影响毕业设计淋器导篡挖蚌猾钳侗它沸沿还归吩现缆显鸟郡座清纺览钥埔丈峪旋审擦敛阉镍讥杉线妆冤况仰因赘牲买脱秆踪破枣椅膀撕秃菱般卿悲弥刚杏滤辑补寺尚忿绷誉蜂哪砰眩孕骂叠噶绽爸圃肺签惭镍蒜合课鄙搬群钢像港硷外伎凛膜鲜汤凝嘘戚蠕枷嚼旨桔体沂羔庚均叉帧烧坠味巍恢柏哦峻井剪溅枪殿巷儡囚谓验距莫意良邻饵饶器困守奏儿瞒寝撰讯控赦鹊败然蜒熟福策锣晒宪淖生措痪硒牵腕淮
6、菠走虞晦讨抢拾乾小顶千彭孜玩副徊竟少酣腕箭挂耕授教告烁升谋棠佑掠黄制琵义杭拓选娶噎挎衷矛奢唱久卒陪闺案陈认虑盲断沏拈点奇燥昔予觉箭铂雾摆菠低敞韶觅呸掖阮敌颖貌埋醋逞郑玩缩酞仟 分类号:分类号:TN305.3 U D C:D10621-408-(2011)2925- 0 密密 级:公级:公 开开 编编 号:号:2007033040 成成 都都 信信 息息 工工 程程 学学 院院 学学 位位 论论 文文 不同掺杂浓度对不同掺杂浓度对 Al2O3:Cr 光电特性的影响光电特性的影响 论论文作者姓名:文作者姓名: 申申请请学位学位专业专业: :应应用物理学用物理学 申申请请学位学位类别类别: :工学学
7、士工学学士 指指导导教教师师姓姓名名( (职职称称) ): : 论论文提交日期:文提交日期: 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以 标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究 成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而 使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均 已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说
8、明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文) 的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本; 学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与 阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论 文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名: 日 期: 学位学位论论文原文原创创性声明性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体,均
9、已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期: 年 月 日 学位学位论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名:日期: 年 月 日 导师签名: 日期: 年 月 日 不同掺杂浓度对不同掺杂浓度对 Al2O3:Cr 光电特性的影响光电特性的影响 摘摘 要要
10、氧化铝陶瓷具有绝缘、高机械强度、耐高温的性质,氧化铝也可做成透明 陶瓷、生物惰性陶瓷等功能材料。本文介绍了掺Cr氧化铝陶瓷的制备流程,采 用固相烧结法制备了3组浓度分别为0.641wt%、3.258wt%、6.635wt%的Cr掺杂 Al2O3样品,通过X射线衍射仪(XRD)、荧光分光光度计、四探针测试仪的测试, 分析了掺杂不同浓度Cr对氧化铝陶瓷光学、电学性能的影响。研究发现3组样品 都显示出上转换发光特性;Cr3+掺杂浓度越高,样品的荧光发射强度越低;在 400500nm激发波长范围内,0.641wt%样品共测得5个发射峰,其中691nm处 的发射峰最尖锐,3.258wt%样品也在691n
11、m处测得发射峰,6.635wt%样品在 220320nm激发波长范围内在356nm和709nm处有发射峰;提高Cr3+的掺杂浓度 可降低Al2O3的烧结温度;烧结后样品的致密度在3.258wt%的掺杂浓度处最小; 掺杂浓度对晶面间距的影响甚微;随着掺杂浓度的增加,样品的平均电阻率呈 逐渐降低的趋势。迄今发现利用氧化铝制成的陶瓷具有许多优异性能,使氧化 铝陶瓷逐渐成为研究热点。 关键词关键词:Al2O3陶瓷;Cr掺杂;浓度;固相烧结法;光电特性 The Influence of Various Doping Concentration on Photoelectric Properties of
12、 Al2O3: Cr Abstract Alumina ceramics has high mechanical strength, insulation, high temperature resistant properties, also can make it as function material like transparent alumina ceramic, biological inert ceramics, and so on. In this article, the preparation of alumina ceramics doped with Cr proce
13、ss have been described and a concentration of three groups, namely, 0.641wt%, 3.258wt% and 6.635wt% of the Cr doped Al2O3 sample have been prepared. Through X-ray diffraction (XRD), four-probe meter test and Spectrofluorophotometer, it analyzes optical properties and electrical properties of doping
14、Cr with alumina ceramics. Three samples show that up-conversion luminescence properties. The higher Cr3+ doped concentration, the lower fluorescence emission intensity. In the excitation wavelength 400 500nm range, 0.641wt% sample has five emission peaks. There are the most strong emission peaks of
15、both 0.641wt% and 3.258wt% at 691nm. Two emission peaks of the 6.635wt% sample are, respectively, 356nm and 709nm, in excitation wavelength range 220 320nm. Increasing the concentration of Cr3+ in Al2O3 can reduce the sintering temperature. Sintered density of samples increased with the concentratio
16、n is not monotonously increasing, however, there is a minimum among three doping concentrations. With doping concentration increasing, the impact of spacing is almost unchanged. With the doping concentration increasing, the average resistivity of the samples is showing downward trends. So far found
17、the ceramic made of alumina has many excellent performances, alumina ceramics gradually become a hotspot. Key words: Al2O3 ceramic; Cr doped; Concentration; Solid phase sintering; Optical properties 目目 录录 论文总页数:19 页 1 引言1 2 氧化铝陶瓷1 2.1 氧化铝晶体结构 .2 2.2 氧化铝的物理性能 .2 2.3 氧化铝陶瓷中添加剂的作用及机理 .2 3 氧化铝陶瓷的制备工艺过程3
18、 3.1 原料及其加工工艺 .3 3.2 配料计算 .3 3.3 备料工艺 .3 3.3.1 原料的煅烧3 3.3.2 熔块合成4 3.3.3 粉料的制备4 3.3.4 浆料压滤、困料5 3.3.5 干燥、加黏合剂和造粒5 3.4 成型 .6 3.5 排胶 .7 3.6 烧结 .7 3.6.1 升温阶段8 3.6.2 保温阶段8 3.6.3 冷却阶段8 4 样品的制备8 4.1 实验设备 .8 4.2 掺铬氧化铝陶瓷的制备 .9 5 实验结果与分析10 5.1 发射光谱与激发光谱 .10 5.1.1 烧结后每组样品的发射光谱和激发光谱10 5.1.2 不同浓度样品的发射光谱与分析12 5.2
19、X 射线衍射分析13 5.2.2 晶胞参数的计算与分析14 5.2.3 晶面间距的分析15 5.3 四探针测试样品电阻率 .16 结 论16 参考文献17 致 谢18 声 明19 1 引言引言 陶瓷是以粉体为原料,通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品的 统称。新型无机材料不仅熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀、 耐磨损,而且一些特殊陶瓷还具备一些特殊的物理性能。甚至在有些情况下, 陶瓷是唯一能选用的材料。目前,陶瓷材料、金属材料和高分子材料被称为三 大固体材料1。 2000年,Murotani等2制备了掺Cr3+的Al2O3多晶陶瓷,但其气孔率高达 24%,材料不透明。2005
20、年,曾智江等3采用传统无压烧结工艺制备出透明性良 好的掺Cr3+氧化铝陶瓷,并测定了其吸收光谱、发射光谱和激发光谱、结果表 明Cr:Al2O3陶瓷吸收峰与红宝石单晶一致,吸收截面大小与红宝石单晶相近; 陶瓷中Cr3+离子所处格位的晶场强度较红宝石单晶弱,但其发射谱仍相当尖锐。 该成果可以降低产品生产成本、提高生产效率、制造大尺寸和形状复杂的样品 等4。 本课题是在曾智江等人所做实验的基础上,引入Cr3+掺杂浓度这一变量, 采用固相烧结法制备3组浓度分别为0.641wt%、3.258wt%、6.635wt%的Cr掺杂 Al2O3陶瓷,利用荧光分光光度计和四探针测试仪对样品进行测试,并研究掺杂 浓
21、度对Al2O3陶瓷的光学性能和电学性能的影响。另外,使用X射线衍射仪(XRD)研 究掺杂浓度对Al2O3陶瓷晶格参数的影响。如今,研究Al2O3陶瓷在透明、耐高 温、上转换发光等方面的应用很多,遗憾的是至今尚未有研究Cr掺杂浓度对氧 化铝陶瓷的光电特性的影响的报道,此课题恰好可以填补这方面的空白;亦可 为旨在提高氧化铝陶瓷光电特性的研究提供实验依据。 2 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷至今是一种重要的陶瓷材料,其主要原料是氧化铝(Al2O3)。氧 化铝透明陶瓷,不仅透近红外还透可见光。透明陶瓷与玻璃相比,具有高强度、 高硬度、高韧性以及更好的抗表面损坏性能;与单晶相比,制备温度低、生产 周期
22、短,而且在大尺寸和结构设计上比单晶更容易实现。这些优异的性能使透 明陶瓷逐渐成为研究热点5。氧化铝陶瓷由于机械强度高、绝缘强度大,用作 真空器件、装置瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和外壳、电火花等6。氧化 铝陶瓷是重要的耐火材料,主要用于制作内燃机的火花塞、火箭、导弹流罩、 轴承、活塞、切削工具,石油及化工用泵的密封环,熔化金属的坩埚及高温热 电偶套管等。氧化铝陶瓷还是主要的生物惰性陶瓷材料,这类材料在生物体内 几乎不发生变化,有良好的生物相容性7。此外,稀土掺杂氧化铝粉末在光学 高温传感方面表现出较强的应用潜力8。 2.1 氧化铝晶体结构氧化铝晶体结构 Al2O3陶瓷是以 -Al2O3为主晶
23、相的陶瓷材料,其同素异构体有十多种,常 用的有 -Al2O3,-Al2O3,-Al2O3三种。Al2O3的晶体结构不同其性能也不相同。 -Al2O3属于尖晶石型(立方)结 构,氧原子呈立方紧密堆积,铝原子 填充在间隙中。-Al2O3密度小,高温 不稳定,可以转化为 -Al2O3,密度随 加热温度升高而发生变化,图 2-1 为 -Al2O3加热时的密度变化。工业 Al2O3中绝大多数是 -Al2O3。在自然 界中 -Al2O3不存在。其结构松散,机 电性能较差,但可以用来制作多孔特 殊用途的材料。 -Al2O3并不是 Al2O3的变体,而是一种含量很高的钠的多铝酸盐矿物,化 学式为 Na2O11
24、Al2O3,密度 3.25g/cm3。空气中加热 1600C 开始转变为 - Al2O3。 -Al2O3呈三方晶系,单晶体也称刚玉, 室温下结构最稳定。其中氧离子占密排六 方介电位置,铝离子配置在氧离子组成的 八面体间隙中,但只填 2/3,如图 2-2。铝 离子的排列要满足铝离子之间的间距最大, 因此每三个相邻的八面体间隙,就有一个 是有规律地空着。每个晶胞有 6 个氧离子、 4 个铝离子。 2.2 氧化铝的物理性能氧化铝的物理性能 纯的 Al2O3是无色的氧化物(白宝石) ,含有 Cr 为红色(红宝石) ,含 Ti 为蓝色(蓝宝石) ,含 Co、Ni、V 为绿色(绿宝石) ,含 Fe 和 M
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