厚膜NTC熱敏電阻漿料的制備與性能研究.pdf

1、隨著熱敏電阻應用領域的擴展,對溫度測量、傳感和控制的精度要求越來越高。本文在跟蹤國內(nèi)外熱敏電阻材料發(fā)展的基礎上,以無鉛厚膜NTC熱敏電阻的研制為研究目標,致力于開發(fā)低阻無鉛厚膜NTC熱敏電阻漿料。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　制備了BaBiO3厚膜NTC電阻漿料,通過它研究了影響厚膜漿料性能的各種因素,得到了合適的厚膜電阻漿料有機載體配方,制定了 BaBiO3厚膜的燒成工藝,并以BaTiO3做為摻雜劑,研究了Ti4+離子摻雜量對B

2、aBiO3電阻膜顯微結(jié)構(gòu)及NTC特性的影響。BaTiO3摻雜量對 BaBiO3厚膜的組織和電性能有較大影響,隨著 BaTiO3摻雜量的提高,厚膜晶粒逐漸細化,方阻值呈“U”型變化,B25~85值逐漸增大。當BaTiO3摻雜量x=1時,得到了具有較好性能的厚膜漿料,其方阻為2.4×105Ω·□-1,B25~85值為3100K,電阻溫度系數(shù)α25為-0.0348℃-1。
　　制備了BaFe1-xSnxO3 NTC陶瓷材料,研究了x值變

3、化對材料顯微結(jié)構(gòu)及電性能的影響。當x(Sn)的取值在0~0.4之間時,陶瓷為均勻的固溶體,隨著Sn含量增大,燒結(jié)后陶瓷晶粒尺寸先減小然后增大。當0.05≤x≤0.15的 BaFe1-xSnxO3陶瓷經(jīng)過1300℃燒結(jié)后已經(jīng)可以獲得理想的燒結(jié)密度,晶粒尺寸隨x的增大而減小,電阻率隨x增大而增大,B值和活化能呈倒“U”型變化。其中x=0.1的陶瓷具有最佳的綜合性能,可以作為厚膜電阻漿料的功能相。
　　制備了BaFe1-xSnxO3厚膜

4、電阻漿料,并研究了功能粉體預燒溫度和燒結(jié)工藝對厚膜電阻漿料性能的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)BaFe1-xSnxO3粉體最佳制備工藝為1250℃保溫6h,最佳厚膜燒制工藝為:以2℃/min升溫速度升溫到900℃保溫1h,再以5℃/min升溫到1300℃保溫2h,隨爐冷卻。功能相成份為BaFe0.9Sn0.1O3的厚膜樣品性能良好,方阻值為2.5×107Ω·□-1,B25~85值為3542 K。
　　首次以BaBiO3作為粘結(jié)相,制備了BFS

5、厚膜電阻漿料,并研究了BaBiO3含量對BFS厚膜NTC電阻漿料性能的影響。該漿料方阻值低, B25~85在3000K~5000K范圍內(nèi),具有優(yōu)良的NTC特性。研究發(fā)現(xiàn),使用BaBiO3作為BaFe0.9Sn0.1O3厚膜電阻的粘結(jié)相可以顯著降低 BaFe0.9Sn0.1O3厚膜電阻的燒結(jié)溫度。當 BaFe0.9Sn0.1O3和BaBiO3比例一定時,方阻隨燒結(jié)溫度升高而呈“U”型變化,B25~85值增大;當燒結(jié)溫度相同時,方阻隨粘結(jié)相

6、含量增加而呈“U”型變化 B25~85值逐漸降低。得到了性能優(yōu)異的厚膜電阻漿料和厚膜制作方案,熱敏相與粘結(jié)相的質(zhì)量比為5∶5,燒結(jié)溫度為950℃,厚膜樣品方阻值為4.2×105Ω·□-1, B25~85值為3973K。BFS厚膜電阻燒成中的燒結(jié)過程可以利用燒結(jié)初期階段的動力學方程式進行研究。運用隧道位壘模型對BFS厚膜電阻的導電機理進行深入分析。
　　以CuO和Sb2O3為摻雜劑,研究了摻雜劑對BFS厚膜電阻漿料電性能的影響,并運

7、用半導體摻雜理論對其進行了分析。CuO摻雜為受主摻雜, Cu2+進入導電粒子晶格,首先對Bi5+離子和Sn4+離子進行取代,其次對Fe3+離子進行取代,形成受主摻雜。隨著BFS厚膜中CuO摻雜量的升高,厚膜方阻先是緩慢下降,然后迅速降低,而B值呈“Z”型變化。當CuO質(zhì)量分數(shù)為14％時,得到了性能較好的BFS厚膜電阻摻雜樣品,其方阻 RS值為2.8×105Ω·□-1,B25~85值為3285K,電阻溫度系數(shù)α25為-0.0369℃-1。