BaTiO3基無(wú)鉛高居里溫度PTCR材料的制備研究.pdf

1、論文通過(guò)Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)改性BaTiO3(BT)基陶瓷材料的實(shí)驗(yàn),研究了無(wú)鉛高居里點(diǎn)正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTCR)的組成、制備工藝與性能的關(guān)系,主要分為三個(gè)部分:Bi2O3的引入方式及合成BNT工藝研究;BNT預(yù)合成工藝及引入次序研究和高居里溫度PTCR陶瓷材料的制備及機(jī)理研究。
　　 首先,論文中研究了Bi2O3的引入方式及合成BNT的工藝。從常見(jiàn)的預(yù)合成為BNT后引入和以原料氧化物形式直接引入兩個(gè)方面

2、入手,并考慮了Bi2O3的不同過(guò)量程度,以加入0.1mol％BNT為例,研究了預(yù)燒溫度、保溫時(shí)間、燒結(jié)溫度等對(duì)材料PTC性能的影響。將原料在780℃預(yù)合成為BNT(Bi2O3過(guò)量0.5mol％)后再引入到BT基體中與以原料氧化物形式直接加入到BT基體中(Bi2O3過(guò)量1.0mol％),但合成BT-BNT固溶體時(shí),在850℃另加一30min保溫以合成BNT,兩種工藝都可以得到最高居里溫度在142℃以上,升阻比超過(guò)4.5個(gè)數(shù)量級(jí)的PTCR材

3、料。隨后,通過(guò)在同樣燒成環(huán)境(空氣氣氛)中研究當(dāng)BNT加入量超過(guò)1mol％,Bi2O3引入方式及BNT加入量對(duì)材料性能的影響,獲得了BNT的最佳引入工藝:采用Bi2O3過(guò)量0.5mol％,780℃預(yù)合成為BNT后引入到BT基體中。
　　 其次,論文也研究了一種BNT預(yù)合成新方法。由于BNT的加入會(huì)引起材料半導(dǎo)化困難程度的增加,實(shí)驗(yàn)中以摩爾比Bi2O3:Na2CO3:TiO2:Nb2O5:Sb2O3=1～1.005:1:4:0.0

4、0046:0.0010引入施主來(lái)輔助其半導(dǎo)化,并在加入0.5mol％BNT時(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),其最佳預(yù)合成工藝及引入次序是當(dāng)Bi2O3過(guò)量0.5mol％,780℃預(yù)合成后,在一次料中引入加有施主的BNT,可以得到居里溫度為149.7℃,升阻比在3.5個(gè)數(shù)量級(jí)以上的PTCR材料。
　　 最后,實(shí)驗(yàn)通過(guò)上述BNT引入方式研究了高居里溫度PTCR材料的制備工藝與性能。①討論了不同燒結(jié)工藝對(duì)材料PTC性能的影響,當(dāng)BNT加入量(x)小于4mo

5、l％時(shí),可以直接在還原氣氛下燒結(jié),得到最高居里溫度約192℃,升阻比接近3個(gè)數(shù)量級(jí)的PTCR材料,當(dāng)x再增大時(shí)(x≤20mol％),可以用先氧化氣氛燒結(jié)后還原氣氛熱處理或先還原氣氛燒結(jié)再還原氣氛熱處理的方法使其半導(dǎo)化,但試樣都僅具有弱NTC效應(yīng),而不是PTC效應(yīng);②研究了采用上述BNT預(yù)合成新方法對(duì)x=6mol％,8mol％,10mol％和15mol％的試樣在還原氣氛下燒結(jié)制備PTCR材料的工藝,得到材料的居里溫度分別在210℃,226