液相摻雜BaTiO3基PTC陶瓷材料的制備、表征及電性能研究.pdf

1、鈦酸鋇是制備電子陶瓷元器件的基礎母料，是典型的鈣鈦礦結構（ABO3）材料，具有優(yōu)良的介電、壓電，光電和絕緣性能，純的BaTiO3陶瓷是一種良好的絕緣材料，其室溫電阻率高達1010-1012Ω·ｍ。1950年，Haayman等人發(fā)現(xiàn)，在BaTiO3陶瓷材料中加入微量的稀土元素，其室溫電阻率會大幅度下降而成為半導體陶瓷，并且當溫度上升到它的居里溫度Tc=120℃左右時，其電阻率急劇上升，變化達5～8個數(shù)量級，這種特性稱之為PTC （posi

2、tive temperature coefficient） 效應。BaTiO3基PTC陶瓷材料具有的阻溫特性、電流時間特性等,使其成為一種重要的基礎控制元件, 迄今在電子信息、家電、自動化控制、生物、能源及其它各個領域 (包括軍用和航天設備) 正在獲得廣泛的應用。近些年對BaTiO3進行摻雜改性得到了廣大科技工作者的廣泛關注，通過對其進行施受主共摻雜，可以使鈦酸鋇基PTC材料具有較低的室溫電阻、較高的升阻比，大大改善了材料的PTC效應。

3、
　　 本實驗室采用低溫固態(tài)反應法，選取TiCl4、Ba（OH）2·8H2O、Sr（OH）2·8H2O、NH3·H2O等為基本原料，以Y、Nb、Nd和Mn分別作為施受主元素通過液相反應以離子的形式摻入，在反應過程中加入AST（SiO2，Al2O3，TiO2）燒結助劑，對BaTiO3基PTC陶瓷的性能進行了系統(tǒng)研究。該實驗工藝簡單，反應時間短，能耗低，減少了由中間步驟及高溫煅燒而引起的粉體團聚及化學成分的不均勻性。燒結助劑的加入，

4、提高了材料的半導化程度，降低了燒結溫度，通過選擇合適的燒結程序，得到了性能優(yōu)良的PTC電阻材料。產(chǎn)品經(jīng) XRD分析測試， 納米粉體為立方晶系，摻雜粉體的衍射峰與純相鈦酸鋇粉體衍射峰一致，沒有雜質峰出現(xiàn)。經(jīng)TEM透射電鏡形貌分析，制備所得到的粉體為均勻球形，粒子粒徑為40-60nm。實驗過程中，通過控制施、受主元素的用量，有效的降低了PTC材料的室溫電阻，增大了材料的正溫度系數(shù)，提高了材料的升阻比。通過實驗確定出了各個體系施受主元素的最佳

5、摻雜用量。當Nb和Mn的摻雜量分別為0.3％和0.04％時，得到了室溫電阻29.6Ω,升阻比1.3×105、正電阻溫度系數(shù)α為19.3％·/oC的性質優(yōu)良的PTC陶瓷材料。Y，Nb雙施主摻雜可以更有效的降低室溫電阻，當Y和Nb的用量分別為0.2mol％和0.18mol％，Mn的用量為0.04mol％時，制備出了室溫電阻17.6Ω、升阻比6.5×104、正電阻溫度系數(shù)為18.6 ％·/oC的性能優(yōu)異的PTCR電阻材料。當Nb的用量為0.2

6、8％，Nd的用量為0.32％，Mn的用量為0.04mol％時，得到了室溫電阻28.7Ω、升阻比2.3×105，正電阻溫度系數(shù)為19.8 ％·/oC的優(yōu)良PTC材料。
　　 對于鈦酸鋇陶瓷的燒結，采用程序可控式無壓氧化燒結的方法，通過對所得樣品的電性能進行測試，不斷的調整燒結程序，優(yōu)化各階段的燒結溫度和保溫時間，最終確立了各個體系的最佳燒結程序，同時我們也對C還原氣氛燒結的樣品做了測試對比，研究表明，無壓氧化燒結的樣品，在最佳燒成