论文部分内容阅读
PTCR陶瓷是一种新型的半导体材料，它具有独特的电阻温度变化规律，被广泛地应用在电子通信设备、家用电器、电子仪表、医疗器械等多个领域。BaTiO3是具有代表性的钙钛矿结构材料，因其显著的铁电、压电性能，被广泛应用在热敏电阻器、陶瓷电容器和光电器件中。随着研究的深入，PTC材料以多元化的形式向着高技术、高性能、高应用领域的方向发展，高性能PTC陶瓷的研究与开发，是近期陶瓷材料开发的热点。这类应用要求PTC材料具有较低的室温电阻率、高耐压和承受大电流冲击等特性。因此，对该项目的深入探讨与研究是近来科研工作者的一个重点。本文首先采用液相掺杂-低温固相反应制备了铋掺杂BaTiO3基PTC陶瓷。首先TiCl4和BiCl3共同水解生成水合钛铋复合氧化物，再与等摩尔量的氢氧化钡和氢氧化锶在室温下研磨反应1h，得到了钛酸钡基纳米晶。利用XRD、TEM和SEM等对样品的物相、晶粒大小及微结构进行了分析，样品在常温下为立方晶系，颗粒均匀分布，基本呈球形，粒径约为60nm；在烧结温度1330℃，保温时间为20min的最佳烧结条件下，制备得到了室温电阻26.29，升阻比3.585×104的性能优良的PTC材料。在钛酸钡中以BiCl3、NbCl5的乙醇溶液形式引入Bi、Nb元素，采用低温固态反应制备了Bi、Nb双施主掺杂的纳米BaTiO3基PTC陶瓷粉，同时研究了烧结条件对PTC陶瓷材料性能的影响。利用XRD和TEM分析了样品的物相及微观形貌，发现样品为立方晶系的完全互溶取代固溶体，颗粒基本呈球形，粒径大约5060nm。制陶实验表明，以Bi、Nb进行双施主掺杂可有效改善材料的PTC性能，当最佳烧结温度为1330℃、保温时间为20min时，可以得到室温电阻为12.93，升阻比为1.920×105的电性能优良的PTC陶瓷。采用低温固相法合成了一系列La、Nb共掺的BaTiO3粉体，利用XRD和TEM分析粉体的物相及晶粒大小，发现粉体在常温下为立方晶系，颗粒分布均匀，粒径约为6070nm。并且详细探讨了烧结温度、保温时间及降温速率对钛酸钡基陶瓷材料室温电阻和PTC性能的影响，并对其影响机制给予合理的理论解释。最终在1340℃下烧结保温20min，再以150℃/h的降温速率冷却到1050℃，最后随炉自然降温，得到室温电阻36.74，升阻比1.066×105，电阻温度系数为22.78％的性能较佳的PTC陶瓷。通过对最高烧成温度、保温时间、升温速率、降温速率的控制，探索烧结制度对材料性能结构的影响规律。随着烧结温度的升高，样品粒径呈现出先减小后增大的趋势，瓷片的室温电阻先降低后升高，而升阻比先增大后减小；随着保温时间的延长，室温电阻先减小后增大，升阻比则先增大后减小；随着升、降温速率的增大，材料的室温电阻先降低后升高，升阻比先升高后降低。