BaTiO-,3-基熱敏陶瓷材料及其疊層片式元件的濕化學法制備及理論研究.pdf

1、隨著信息技術的飛速發(fā)展，電子元器件的小型化、集成化及高可靠性已成為當今電子技術發(fā)展的主流，而小型化、片式化、低阻化和高可靠性則成為正溫度系數(shù)熱敏陶瓷元件（PTCR）的發(fā)展趨勢。但由于BaTiO3基熱敏陶瓷材料的固有電阻率較高，傳統(tǒng)的單層PTCR元件不能進一步降低電阻，而疊層片式PTCR可以通過疊層并聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)低阻化，具有體積小、通流量大、耐電流沖擊特性好等優(yōu)點，是一個具有理論意義和實際應用價值的研究方向。論文結(jié)合“十五”國家863計劃項

2、目“疊層片式PTCR熱敏陶瓷材料系列與關鍵技術研究”（項目編號：2001AA320504）展開研究。通過系統(tǒng)研究微量施、受主摻雜BaTiO3基PTCR陶瓷材料的組分與工藝，制備出了室溫電阻率為8.0W·cm，升阻比為4.3，溫度系數(shù)為10.3﹪℃-1，耐電壓高于50V/mm的低電阻率Ba0.75Sr0.25Ti1.01O3PTCR陶瓷材料。首次將高分子網(wǎng)絡凝膠法應用于BaTiO3基PTCR陶瓷粉體的制備，研究了不同合成條件對合成目標相的

3、影響，結(jié)果表明當溶液的pH值在7-8之間，聚丙烯酰胺凝膠為強交連網(wǎng)絡，且煅燒溫度在700-900℃時能得到結(jié)晶程度較高的目標相。實驗研究表明這種合成方法能在比較寬的范圍內(nèi)進行摻雜，并使陶瓷的燒結(jié)溫度下降到了1280℃，為瓷體與電極的共燒奠定了基礎。得到了顯微結(jié)構(gòu)比常規(guī)固相法更均勻、PTC性能更優(yōu)越的PTCR陶瓷材料，其升阻比比固相法制備的材料高一個數(shù)量級。系統(tǒng)研究了用注凝成型工藝成型厚膜而制備片式PTCR，包括高固相含量低粘度漿料的制備

4、、坯體的成型、坯體的干燥和燒成，研究了注凝成型生坯和陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)及陶瓷元件的PTCR性能。成功地制備出了顯微結(jié)構(gòu)均勻，尺寸為12.0mm×8.0mm×0.34mm，室溫電阻在2.0W、溫度系數(shù)為12﹪℃-1、升阻比大于4的片式PTCR元件。對注凝成型制備的片式PTCR元件的室溫電阻率與坯體厚度的依賴關系，首先用晶界氧吸附及擴散理論進行了解釋，接著從理論上分析了片式PTCR電極間的晶粒排列及晶軸取向等微觀結(jié)構(gòu)因素對介電常數(shù)的影響，結(jié)合H

5、eywang模型及Jonker模型對這種依賴關系的微觀機理進行了解釋，認為隨片式PTCR坯體厚度減小，在片式PTCR瓷體中發(fā)生的與厚膜表面垂直的c軸定向，使體系總的介電常數(shù)減小，從而室溫下的鐵電補償減小，室溫電阻率上升。實驗證明，只有當片式PTCR的坯體厚度減小到一定程度（0.5mm）時，元件的室溫電阻率才隨厚度的減小急劇增大。在片式PTCR的制備方法上，采用了“注凝成型大尺寸棒狀（或條狀）坯體－干燥－燒成－切割”的新工藝路線，并首次將

6、聚乙二醇（PEG）溶液干燥法應用于BaTiO3基PTCR注凝成型陶瓷坯體的干燥，研究表明，干燥速率與坯體的固相體積分數(shù)、PEG溶液的濃度、坯體的厚薄、坯體尺寸的縱橫比等密切相關，固相體積分數(shù)越低，PEG溶液的濃度越高，坯體越薄，則干燥速度越快，減小坯體的縱橫比，則水分擴散方式由徑向往縱向轉(zhuǎn)變。通過對坯體在PEG溶液中的干燥缺陷以及所得干燥坯體的燒結(jié)缺陷的分析，得出了坯體的固相體積分數(shù)及PEG溶液的濃度與坯體的干燥缺陷及燒結(jié)缺陷間的關系，