一文认识氧化锡陶瓷材料

1.氧化锡陶瓷

二氧化锡是n型半导体，呈白色细分散的粉末，是一种优秀的透明导电材料，在气敏件、液晶显示、光探测器、太阳能电池、光催化、电催化、保护涂层等领域都具有广阔的应用前景，也是第一个投入商用的透明导电材料，工业上为提高其导电性和稳定性，常进行掺杂使用，例如掺杂有Sb，V和Ni等元素能使导电性剧烈增加。以二氧化锡为基质的陶瓷材料，不仅具有良好的导电性和高密度，而且具有耐高温、高温荷重软化点和优良的抗腐蚀性，因此可以作为高温加热的电极材料如坩埚、热电偶保护套和化工设备的衬里等。

2.SnO2陶瓷的性能

SnO2陶瓷的热膨胀系数小（为氧化铝陶瓷的1/2），导热系数高，热稳定性比氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷都高。SnO2陶瓷在1400℃下挥发率较低，在1500℃以上挥发强烈，因此，SnO2陶瓷只能在氧气氛中于1500℃以下使用。

纯SnO2陶瓷常温比电阻是1010~1011Ω·㎝。但添加二价或三价金属氧化物后，会降低其比电阻。例如加入Sb2O3和CuO后，SnO2的比电阻降低7~8个数量级。

SnO2陶瓷抵抗玻璃液的侵蚀能力强。在1200℃时，SnO2陶瓷电极对钙玻璃耐侵蚀能力比电熔刚玉高1~2倍。在1500℃时耐碱侵蚀能力比电熔刚玉高4倍。它还耐铅玻璃、砷玻璃、铁玻璃、铜玻璃的侵蚀。

3.SnO2陶瓷的制备

氧化锡陶瓷通常采用SnO2来制得，且SnO2含量约为96%~98%，见表1。制备坯料时，必须加入一些添加物。根据对产品性能要求的不同，添加剂分为两类。一类是促进烧结的添加剂，这类添加剂有金、银、铜、铁、镍、锌等金属氧化物。另一种是降低电阻的添加剂，主要有砷、锑、铜、铀、锶、铌等的氧化物。加入量是依产品的性能要求而定，一般为0.5%~2%（质量）。

表1.氧化锡陶瓷添加物组成

耐火温度不低于1900℃，它由标准光学常数尺寸为3~8μm等轴二氧化锡颗粒组成。成型普遍采用干压或注浆法。氧化锡陶瓷通常在氧化气氛、1450~1500℃温度下烧成。周围介质气氛对SnO2陶瓷的导电率有影响。当氧分压较高时，氧分子会进入固相的点阵中，产生P型电子导电；当氧分压较低时，例如在还原气氛中，晶体点阵缺氧，则产生n型电子导电。一般情况下，SnO2以离子导电为主。

为了提高SnO2陶瓷常温导电能力及不同温度时导电率的稳定性，可采用气相处理和热处理的工艺。气相处理是利用卤化锡（如SnCl2、SnCl4、SnBrCl3等）挥发的蒸气与含游离氧的混合气体，向产品表面深度沉积，在孔隙中生产致密的导电率高的化合物（如SnO）或金属陶瓷。热处理是将氧化锡陶瓷加热到1200℃并通入惰性气体（如氮、氩等），使其常温电阻率降低6~7个数量级。真空比惰性气体的改性效果更好一些。

4.SnO2陶瓷的用途

由于SnO2陶瓷的热膨胀系数小，导热系数大，高温热稳定性好，因此，可以用作高温导热材料。由于高温时的导电率高，它可以用作高温导电材料。又由于它抗碱性强，可以用作特种坩埚和玻璃电容的电极。