PTC配方与工艺研究

论文摘要

BaTiO3陶瓷是一种典型的铁电陶瓷,在其中加入微量的稀土元素后,BaTiO3陶瓷的室温电阻率出现大幅度下降,从而产生PTC效应。高压、高温、低阻、高可靠、片式化等诸方面的应用是PTC发展的方向。为了满足应用需求,在实际工程中根据使用情况对PTC材料性能进行改性和优化,包括以下几个方面:1居里温度的调整;2降低材料的室温电阻率;3提高升阻比与电阻温度系数;4提高耐电压水平和可靠性;5提高抗电流冲击能力,等。而对PTC材料性能进行改进,其工作的核心和关键是对PTC瓷料的配方体系进行优化、改进并优化加工条件、通过性能评价进行优化和工艺定型。本论文以BaTiO3为主晶相的PTC陶瓷为研究对象,通过对掺杂工艺和加工工艺的优化,研究PTC瓷料配方和加工工艺对产品性能的影响规律,为最终获得满足要求的PTC陶瓷产品,进行工艺和关键技术攻关,本课题的主要内容和目标:1掺杂物对材料性能和微观结构的影响;添加掺杂物可以改善材料的晶粒结构及材料PTC特性。2加工工艺（合成温度、烧结温度等）对材料性能和微观结构的影响;合理的合成温度和烧结温度不但可以获得满足需求的常规电性能的PTC材料还可以大幅度改善材料的微观结构并提高材料的PTC特性。3通过对1)、2)的研究获得一种低电阻率PTC瓷料:零功率电阻率为3045·cm、耐电压≥250V/mm、温度系数≥12%/℃。该配方的主要成分:Ba 68.28mol%、Ti 102.00mol%、Sr 14.59 mol%、Y2O3 0.191 mol%、Si 0.497%（w/w）、Ca 17 mol%、Mn 0.014%（w/w）主要的加工工艺条件:合成温度及时间1210℃3hours烧结温度及烧结时间1330℃12hours

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

3 陶瓷的有关性质'>1.2 BaTi0₃陶瓷的有关性质

1.2.1 晶格结构

1.2.2 畴结构

1.2.3 电滞回线

3 的相变位移'>1.2.4 BaTi0₃的相变位移

3 陶瓷的PTC 效应'>1.3 BaTi0₃ 陶瓷的PTC 效应

1.3.1 PTC 效应原理

3 材料的半导化'>1.3.2 BaTi0₃材料的半导化

3 的缺陷模型'>1.3.2.1 施主掺杂BaTi0₃的缺陷模型

3 的电性能'>1.3.2.2 受主掺杂BaTi0₃的电性能

3 系材料的半导化与电压效应'>1.3.2.3 BaTi0₃系材料的半导化与电压效应

1.4 PTC 热敏电阻的特性

1.4.1 电阻值-温度特性（R-T 特性）

1.4.2 温度系数（α）

1.4.3 常温电阻率

1.4.4 伏-安特性（V-I 特性）

1.4.5 电流-时间特性（I-t 特性）

1.4.6 与热效应有关的参数

1.4.7 材料性能参数

1.5 本论文的技术线路

1.6 本论文的主要内容

3系热敏电阻器的主要制作流程'>第二章 BaTi0₃系热敏电阻器的主要制作流程

3系PTCR 中掺杂物质对材料性能的影响'>第三章 BaTi0₃系PTCR 中掺杂物质对材料性能的影响

3.1 受主杂质Mn 对PTC 特性的影响

3.1.1 Mn 的添加量对材料常温电阻率的影响

3.1.2 Mn 的添加量对材料温度系数（α）、耐电压的影响

3.1.3 Mn 的添加量对晶粒尺寸的影响

3.2 施主杂质（Y）的添加对材料PTC 特性的影响

3.3 Ca 的添加量对材料PTC 特性的影响

3.3.1 Ca 的添加量对材料常温电阻率的影响

3.3.2 Ca 的添加量对材料温度系数（α）、耐电压的影响

3.3.3 Ca 的添加量对晶粒尺寸的影响

3.4 AST 的引入对材料性能的影响

3.5 本章小结

第四章合成过程对材料性能的影响

4.1 合成温度的影响

4.2 合成时间的影响

4.3 本章小结

第五章烧结过程对材料性能的影响

5.1 烧结温度对材料性能的影响

5.2 保温时间及降温速度对材料性能的影响

5.3 本章小结

第六章配方试验

6.1 试验方案

6.2 掺杂物质对材料性能的影响

6.2.1 AST 相对材料性能的影响

3 添加量对材料性能的影响'>6.2.2 CaC0₃添加量对材料性能的影响

20₃）添加量对材料性能的影响'>6.2.3 施主杂质（Y₂0₃）添加量对材料性能的影响

6.2.4 受主杂质（Mn）添加量对材料性能的影响

6.3 合成温度对材料性能的影响

6.4 合成时间对材料性能的影响

6.5 烧结温度对材料性能的影响

6.6 本章小结

第七章主要结论及创新点

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

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