液相摻雜BaTiO3基PTC陶瓷的制備、微結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、PTCR陶瓷是一種新型的半導(dǎo)體材料，它具有獨特的電阻溫度變化規(guī)律，被廣泛地應(yīng)用在電子通信設(shè)備、家用電器、電子儀表、醫(yī)療器械等多個領(lǐng)域。BaTiO3是具有代表性的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，因其顯著的鐵電、壓電性能，被廣泛應(yīng)用在熱敏電阻器、陶瓷電容器和光電器件中。隨著研究的深入，PTC材料以多元化的形式向著高技術(shù)、高性能、高應(yīng)用領(lǐng)域的方向發(fā)展，高性能PTC陶瓷的研究與開發(fā)，是近期陶瓷材料開發(fā)的熱點。這類應(yīng)用要求PTC材料具有較低的室溫電阻率、高耐壓和

2、承受大電流沖擊等特性。因此，對該項目的深入探討與研究是近來科研工作者的一個重點。
　　本文首先采用液相摻雜-低溫固相反應(yīng)制備了鉍摻雜BaTiO3基PTC陶瓷。首先TiCl4和BiCl3共同水解生成水合鈦鉍復(fù)合氧化物，再與等摩爾量的氫氧化鋇和氫氧化鍶在室溫下研磨反應(yīng)1h，得到了鈦酸鋇基納米晶。利用XRD、TEM和SEM等對樣品的物相、晶粒大小及微結(jié)構(gòu)進行了分析，樣品在常溫下為立方晶系，顆粒均勻分布，基本呈球形，粒徑約為60nm；在燒

3、結(jié)溫度1330℃，保溫時間為20min的最佳燒結(jié)條件下，制備得到了室溫電阻26.29Ω，升阻比3.585×104的性能優(yōu)良的PTC材料。
　　在鈦酸鋇中以BiCl3、NbCl5的乙醇溶液形式引入Bi、Nb元素，采用低溫固態(tài)反應(yīng)制備了Bi、Nb雙施主摻雜的納米BaTiO3基PTC陶瓷粉，同時研究了燒結(jié)條件對PTC陶瓷材料性能的影響。利用XRD和TEM分析了樣品的物相及微觀形貌，發(fā)現(xiàn)樣品為立方晶系的完全互溶取代固溶體，顆?；境是蛐危?/p>

4、粒徑大約50～60nm。制陶實驗表明，以Bi、Nb進行雙施主摻雜可有效改善材料的PTC性能，當(dāng)最佳燒結(jié)溫度為1330℃、保溫時間為20min時，可以得到室溫電阻為12.93Ω，升阻比為1.920×105的電性能優(yōu)良的PTC陶瓷。
　　采用低溫固相法合成了一系列La、Nb共摻的BaTiO3粉體，利用XRD和TEM分析粉體的物相及晶粒大小，發(fā)現(xiàn)粉體在常溫下為立方晶系，顆粒分布均勻，粒徑約為60～70nm。并且詳細(xì)探討了燒結(jié)溫度、保溫時

5、間及降溫速率對鈦酸鋇基陶瓷材料室溫電阻和PTC性能的影響，并對其影響機制給予合理的理論解釋。最終在1340℃下燒結(jié)保溫20min，再以150℃/h的降溫速率冷卻到1050℃，最后隨爐自然降溫，得到室溫電阻36.74Ω，升阻比1.066×105，電阻溫度系數(shù)為22.78％的性能較佳的PTC陶瓷。
　　通過對最高燒成溫度、保溫時間、升溫速率、降溫速率的控制，探索燒結(jié)制度對材料性能結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。隨著燒結(jié)溫度的升高，樣品粒徑呈現(xiàn)出先減小