BaTiO-,3-基粉體制備及Ni、Mn復(fù)合PTCR材料的研究.pdf

1、BaTiO<,3>基陶瓷實(shí)現(xiàn)低阻化的途徑有多種:通過施主、受主摻雜；改進(jìn)制備工藝,包括濕法制備超細(xì)BaTiO<,3>基粉體；采取與低阻相復(fù)合的辦法,等等.就高性能PTCR陶瓷低阻化問題,本文從多個方面著手進(jìn)行了研究.BaTiO<,3>基PTCR陶瓷粉體的濕法制備.采用了檸檬酸鹽溶膠.凝膠二步合成法來制備PTCR陶瓷粉體,對溶液的pH值、溶膠反應(yīng)中溶液的含水量、凝膠化溫度、共沉淀反應(yīng)物的加入順序等因素進(jìn)行了分析.大量的研究結(jié)果表明:

2、 (1)在凝膠化反應(yīng)中,適合的pH值區(qū)間為6.5～7.5,使溶膠凝膠反應(yīng)充分進(jìn)行的溶液含水量范圍R=[H<,2>O]/[[Ba<'2+>](mol)在70～80,使凝膠化絡(luò)合反應(yīng)完全進(jìn)行的溫度在80℃左右. (2)采用檸檬酸鹽溶膠-凝膠二步合成法,在600℃即可得到粒徑分布在30～70nm之間的施主摻雜BaTiO<,3>粉體,通過二次合成摻雜受主雜質(zhì)和燒結(jié)助劑,不但使粉體的"軟團(tuán)聚"狀態(tài)得以分散,而且還有利于二次摻雜物均勻地分

3、布在晶界上. (3)檸檬酸鹽溶膠.凝膠二次合成法得到的PTC粉體化學(xué)組成更為均勻、晶型發(fā)育更為完全,更符合理想PTC粉體要求.基于濕法合成BaTiO<,3>基粉體的PTCR陶瓷的制備.采用檸檬酸鹽溶膠-凝膠法制備性能優(yōu)良的BaTiO<,3>基PTC前驅(qū)粉體,以Y<,2>O<,3>+Nb<,2>O<,5>雙施主摻雜,AST+BN復(fù)合燒結(jié),采用二次合成工藝制備了室溫電阻率為147Ω·cm、升阻比達(dá)5個數(shù)量級的PTC陶瓷材料.

4、 基于濕法合成的BaTiO<,3>基粉體Ni、Mn摻雜PTCR的制備.采用高純原料,利用溶膠-凝膠法制備化學(xué)組成均勻、顆粒細(xì)小的BaTiO<,3>粉體,在此基礎(chǔ)上分別加入施主、受主摻雜物質(zhì),從而在很大程度上提高和改善了PTC效應(yīng).通過復(fù)合摻雜金屬Ni以降低室溫電阻率.系統(tǒng)地考慮了金屬Ni的摻入量,燒成氣氛,氧化處理溫度和氧化處理保溫時(shí)間對PTC材料性能的影響.將金屬具有的良好導(dǎo)電性與BaTiO<,3>瓷特有的電特性相結(jié)合,制備出了性能良

5、好的金屬/PTCR陶瓷復(fù)合材料.基于固相合成法的Ni、Mn摻雜BaTiO<,3>基PTCR的制備.以傳統(tǒng)固相法合成BaTiO<,3>基PTC粉體,加入施主物質(zhì),以及金屬Ni、Mn,在還原氣氛燒成及空氣氣氛處理,制備PTCR陶瓷復(fù)合材料,研究和討論了金屬與BaTiO<,3>基PTC材料復(fù)合以及后期工藝過程對其室溫電阻率、.升阻比等性能的影響.通過摻雜金屬M(fèi)n使其氧化為Mn離子而一方面起到受主作用提高升阻比,、一方面在一定程度上對金屬Ni起

6、保護(hù)作用.研究表明,在還原氣氛下燒成(1250℃,保溫20min),室溫電阻率較低,但只有很弱的PTC效應(yīng),再通過適當(dāng)?shù)暮笃跓崽幚砉に?空氣氣氛,780℃,保溫60min)PTC效應(yīng)可得到部分恢復(fù).最終獲得了具有低室溫電阻率(ρ<,25℃>=10.2 Ω·cm)和較高升阻比( ρ<,max>/ρ min=1.42×10<'3>)的PTCR復(fù)合材料. Ni、Mn摻雜多孔BaTiO<,3>基PTC復(fù)合材料的研制.以傳統(tǒng)固相法反應(yīng)法

7、合成雙施主摻雜的BaTiO<,3>基PTC粉體,從與低阻相復(fù)合降低PTCR材料室溫電阻率,多孔可有利于氧吸附,增大表面受態(tài),提高升阻比的角度著手,通過復(fù)合Ni、Mn來降低室溫電阻率,通過加入淀粉來制造多孔PTCR.復(fù)合體在空氣和還原氣氛下燒結(jié),結(jié)果表明還原氣氛下燒結(jié)的復(fù)合體有低的室溫電阻率,空氣氣氛下的室溫電阻率達(dá)3個數(shù)量級.Ni及淀粉加入量對室溫電阻率有很大的影響,當(dāng)?shù)矸奂尤肓繛?5wt﹪,Ni加入量為10wt﹪時(shí)室溫電阻率最低,其電

8、阻率是9.9 QΩ·cm.氧化處理溫度及時(shí)間對復(fù)合材料的性能也有影響,通過對比實(shí)驗(yàn)分析可得,850℃50min是最好的氧化處理參數(shù),Ni此時(shí)能在淀粉的保護(hù)下不被氧化,淀粉燃燒掉形成的孔形成表面受主態(tài),氧被吸附到晶界上而提高了升阻比.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合分析,說明通過檸檬酸鹽溶膠-凝膠法可以制備超細(xì)BaTiO<,3>基粉體.以傳統(tǒng)固相法反應(yīng)法合成PTC粉體,采取復(fù)合Ni、Mn,以及加入淀粉制造多孔,氧化燒成,還原處理等多種工藝措施,可以有效降