论文部分内容阅读
为适应电子元器件的小型化、片式化、高性能的发展需要,PTCR也必须朝着小型、多层片式化的方向发展。PTC半导瓷是利用晶界效应的功能陶瓷,要获取高性能的多层片式PTC瓷,必须使多层片式PTCR单层瓷体在垂直电极方向上包含一定数量的晶界,而多层片式PTCR单层瓷体的厚度只有10-40μm,这就要求晶粒尺寸随之相应的减小,至少使单层PTC瓷体具有一定数量的晶界,因而晶粒尺寸应该在0.5-2μm。本文以制取高性能片式PTC陶瓷为目标,对水热法和固相法的BaTiO3基细晶PTC瓷的制备、高性能Ni内电极浆料的制备及与瓷体匹配问题、细晶PTC陶瓷流延工艺优化、界面效应与气氛对片式PTC陶瓷性能影响、再氧化处理与片式PTC陶瓷性能的关系等展开研究工作。本文以水热法粉体和固相法粉体为原料,通过适当提高施受主掺杂比、提高预烧温度、降低烧结温度、添加不同玻璃相等方法来减小陶瓷的晶粒尺寸和改善PTC电学性能。采用市售水热法粉体作为原料制备了平均晶粒尺寸为2-5μm、室温电阻率在100Ω·cm左右、升阻比大于104的半导化良好圆片型PTC,实验表明水热法粉体存在钡钛比失衡、杂质多等缺点使进一步减小晶粒尺寸存在极限；而采用传统固相法粉体作为原料,通过调整Y/Mn、经1220℃预烧和1300℃烧结等方法得到平均晶粒尺寸2μm、室温电阻率为205Ω·cm、升阻比大于104的圆片型PTC。多层片式PTCR用Ni内电极制作过程中,为获取性能良好的Ni内电极浆料,Ni粉为采用的液相还原法制备的亚微米级粉体,有机溶剂选用松油醇和邻苯二甲酸二丁酯,有机粘合剂选用松香,Ni电极浆料中BaTiO3粉的添加量为10wt%,促使电极与陶瓷线胀系数趋于一致,很好的解决了分层现象的发生,Ni电极中还加入了15wt%Cr粉,提高了电极的抗氧化温度、同时在后续再氧化处理过程中起到很好保护Ni电极的作用。而采用固相法粉料的有机流延法,通过适当增加施受主掺杂比、提高预烧温度,降低烧结温度等方法来实现了陶瓷晶粒尺寸的细小化和PTC性能的优越化；适当提高流延浆料固含量后实验表明PTC具有更好的升阻比、更小的晶粒尺寸、更低的室温电阻率,通过A位引入Ca和Sr结合高能球磨的方法,空气中烧结制备出了晶粒尺寸为1.5μm、室温电阻率为150Ω·cm、密度为5.64g／cm3、升阻比达4.5数量级的的PTC陶瓷。本文最后研究了片式PTC陶瓷的还原烧结机制、再氧化机制与叠层体性能之间关系、Ni-BaTiO3界面效应与多层片式PTCR性能关系。片式PTC陶瓷在N2/H2混合气氛内于1240-1320℃烧结0.5小时,其中氧分压PO2=10-8-10-12MPa,在1050-1280℃以400℃/h升温速率,高温降到850℃选定的降温速率为300℃/h,温度降到850℃时,停止通气直到室温。800℃其再氧化1h,片式PTC陶瓷晶粒尺寸小于1μm、升阻比为2.5个数量级、室温电阻率为98.8Ω·cm。界面效应实验表明适度的金属-陶瓷互扩散对形成性能优异的多层片式PTCR很有好处,但是过重的互扩散会恶化多层片式PTCR的性能。瓷体与Ni电极的共烧中的扩散等效应为多层片式PTCR的研制奠定了一定的实验基础。