1．实验目的

1)初步了解SnP2O7基复合陶瓷的制备过程。

2）熟练掌握行星式球磨机、马弗炉等仪器的操作。

2．实验原理

一类新型中温无机固态离子导体——AP2O7(A=Sn,Ti,Ge,Si,Zr）基四价金属焦磷酸盐因在100-600℃下具有良好的离子导电性能而引起了人们的极大兴趣。Kwon等发现，焦磷酸锡(SnP2O7）在中温下质子电导率高于一般值，且难溶于水、热稳定性较高。AP2O7(A=Sn,Ti,Ge,Si)在不加湿空气气氛中的电导率按如下顺序递增

Ge4+＜Si4+＜Ti4+＜Sn4+。

虽然国内外关于Sn1-xRxP2O7(R＝Ga3＋，In3+，Sb3+，Sc3+）等的制备及中温导电性研究取得了较大的进展，但是此种材料还存在化学稳定性差、致密度不高等问题。因此，改进合成方法、制备高致密的焦磷酸锡材料成为材料研究者的追求目标。Hibino等制备了致密的SnP2O7一SnO2复合陶瓷。王洪涛等在相关研究的基础上改进合成方法，采用类似于薄膜燃料电池中多孔性阳极支撑体的制备过程，制备多孔状SnO2。再将多孔状SnO2与浓磷酸反应并在较低温度（600℃）下热处理制得了致密的Ga3＋掺杂的SnP2O7基复合陶瓷。在干燥氢气气氛中，于275℃下，复合陶瓷样品的电导率达到最大值3.8×10-2S/cm，比1200℃下烧结的Sn0.91Zn0.09P2O7陶瓷在氢气气氛中的电导率（2.4×10-4S/cm）高了两个数量级。

3．仪器和药品

(1）仪器

分析天平；行星式球磨机；红外灯；压片机；柑竭；箱式电阻炉；红外灯；马弗炉；千分尺；空气压缩机；砂低；尺子；X射线衍射仪；扫描电镜SEM。

(2）药品

氧化钐(Sm2O3)；浓磷酸（H3PO4)；二氧化锡（SnO2)；氧化铜；淀粉；无水乙醇。

4．实验步骤

本实验采用固相法制备Sm3＋掺杂的SnP2O7-SnO2复合陶瓷样片，其制备工艺流程的主要实验步骤如下。

1）称量所需量的纳米SnO2和Sm2O3，添加适量CuO(1.5mo1%）作为烧结助剂，倒入玛瑙罐内，以无水乙醇为介质进行湿式混合研磨0.5h。

2)再添加适量的淀粉（10wt%）作为造孔剂，向罐内加入适量的无水乙醇，摇晃至混合物白色呈浆状。

3）将玛瑙罐密封好放入行星球磨机内，球磨8h，待其混合更加均匀后取出，之后放在红外灯下烘干。

4）将烘干后的混合物用药匙刮出，然后取适量的样品放入压片机中进行压片，另取出少量样品于密封袋内，以便做平行实验。，

5）重复步骤4)，再压2-3个压片。

6)将压好的压片放在干净的陶瓷垫片上，放入马弗炉中先缓慢烧至450℃，然后再升温至600℃，在此温度下保温2h，等待其降温，或者在10h后取出垫片。

7）取出压片，选一个表面较平整的用砂纸进行打磨，先用规格较小的砂纸进行粗磨，再用规格较大的进行细磨。

8)打磨的过程中为使压片厚度一致，要用千分尺不断地测量其厚度，当磨至2.0-2.1mm时放在坩埚内，倒入磷酸（倒入量只需磷酸盖过压片即可，不必太多）。

9)浸泡12h后，将坩埚放入箱式电阻炉中缓慢升温至350℃，达到温度后保温lh。

10）趁热把压片取出，稍微冷却一段时间后把压片表面粘有的磷酸处理掉，继续打磨，并且要用千分尺不断测量其厚度，至压片厚度为1.6-1.7mm时停止打磨。

11)用铅笔和尺子在压片两面的中心处各画一个直径为8mm的圆，并涂上浆料，在红外灯下烘干，至此复合陶瓷电解质烧结完成。

5．数据处理及结果分析

可以对最终得到的复合陶瓷进行物相分析。

将最终得到的样品打磨去表面，粉碎，用X射线衍射仪测定粉末样品的XRD谱图。用扫描电镜观测样品的断面显微结构。

样品的XRD谱图如图2-8-1所示。

6．注意事项

1)CuO烧结助剂和淀粉造孔剂，要分批次加入，每次加入后，要球磨使样品成分分布均匀。

2）球磨后，要完全处理样品，防止因为处理不当造成成分的改变。