鈦酸鋇基低室溫電阻率高居里點PTCR的研究.pdf

1、本實驗采用傳統(tǒng)工藝，以碳酸鋇，鈦酸鍶，二氧化鈦，碳酸鈉，氧化鉍等為原料，制備了無鉛高居里點低室溫電阻率復(fù)合陶瓷。(1)通過在(Ba,Sr) TiO<,3>系統(tǒng)中加入不同含量的Na<,2>CO<,3>和Bi<,2>O<,3>，室溫電阻率可達(dá)到5Ω．cm，升阻比10<'4>以上，Na<,2>CO<,3>和Bi<,2>O<,3>的加入量很少，對性能卻起到很大的改善，其中居里點的提高是關(guān)鍵，隨著Na<,2>CO<,3>和Bi<,2>O<,3>加

2、入量的改變，試樣的居里點較之原配方有了很大的提高，且表現(xiàn)為一定的規(guī)律，基本上是按照(Ba,Sr) TiO<,3>和Na<,2>CO<,3>和Bi<,2>O<,3>二者的固溶理論來結(jié)合，并形成了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，復(fù)合的結(jié)果是改變了原系統(tǒng)的軸率 c/a，由于(Na<,0.5>Bi<,0.5>) TiO<,3>的軸率遠(yuǎn)大于(Ba,Sr) TiO<,3>的軸率，使得二者在復(fù)合以后形成(Ba<,0.92-x>Sr<,0.08>Na<,0.5x>Bi<,

3、0.5x>) TiO<,3>后，在從四方鐵電相向立方順電相轉(zhuǎn)變的過程困難，表現(xiàn)為居里點的提高，這和實驗的目的是一致的。隨著Na<,2>CO<,3>和Bi<,2>O<,3>的加入量的增加，居里點提高到了175℃-225℃，但是當(dāng)Na<,2>CO<,3>和 Bi<,2>O<,3>的含量超過一定量后對實驗就沒有了意義---系統(tǒng)絕緣化，所以選取適當(dāng)?shù)募尤肓窟M(jìn)行下一步實驗。(2)加入金屬Ni，金屬Ni性能穩(wěn)定，主要是抗氧化性好，有利于與上述系統(tǒng)形

4、成結(jié)合，降低系統(tǒng)的室溫電阻率。隨著金屬的加入量的改變，室溫電阻率下降很快，當(dāng)超過10﹪(wt)時燒成瓷料就表現(xiàn)為導(dǎo)通，可見金屬起到了很好導(dǎo)通的作用，增加了電子濃度和遷移率，使得電子從金屬直接進(jìn)入晶格，增加了導(dǎo)電的幾率，綜合效果表現(xiàn)為降低了室溫電阻率。金屬Ni較之其它的金屬比如Ti金屬更容易實現(xiàn)與基體的復(fù)合，尤其是在燒結(jié)后期不容易被氧化，采取適當(dāng)?shù)拇胧┍热邕€原氣氛，改變升溫制度都能很好的保護(hù)金屬Ni不被氧化或者盡量少的被氧化。金屬Ni的加

5、入較之前人的加入量最大值和性能最佳時的加入量都少 5﹪左右，這主要是因為系統(tǒng)中的(Na<,0.5>Bi<,0.5>) TiO<,3>的影響，另外加入金屬Ni后瓷料的居里點有所降低，這主要是燒結(jié)制度有了改變，燒結(jié)中的傳質(zhì)過程相應(yīng)的也有了改變。室溫電阻率得到很大的降低，但付出的代價是升阻比急劇下降，由原來的10<'4>降到150左右。(3)熱處理階段是選取第一步和第二步的最佳加入量進(jìn)行的，因為由前人的經(jīng)驗，熱處理很明顯的升高室溫電阻率，提高

6、升阻比，熱處理工藝很少受到加入物多少的控制，也就是具有普遍的規(guī)律。本實驗中的加入量是，(Ba<,0.92-x>Sr<,0.08>Na<,0.5x>Bi<,0.5x>) TiO<,3>,x=0.8﹪,金屬的加入量10﹪(wt)，改變熱處理溫度和保溫時間，實驗發(fā)現(xiàn)，隨著熱處理溫度的提高室溫電阻率升高，但改變較小，升阻比提高，但是對居里點影響很小，基本維持在175℃左右，金屬在熱處理中不可避免地要被氧化，晶界也得到氧化，氧大量擴(kuò)散進(jìn)入晶界，提

7、高了瓷料的PTC性能。在熱處理中為了避免金屬的氧化，采用的措施是分部升溫，即在低溫階段慢升溫，高溫階段快升溫，并盡量減少保溫時間，實驗發(fā)現(xiàn)只要控制好升溫制度，可很好的保護(hù)金屬提高PTC性能。(4)實驗中采取了一些措施來提高性能，其中效果比較好的除了用還原氣氛燒結(jié)外，AST，TiO<,2>,Bi<,2>O<,3>的加入量都是稍稍過量，并作了精確的控制，制造了完全和部分還原氣氛，防止揮發(fā)，控制A位和B位的取代，提高半導(dǎo)化的性能，并得到了很好