钛酸钡基低室温电阻率高居里点PTCR的研究

论文题目: 钛酸钡基低室温电阻率高居里点PTCR的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料学

作者: 韩风龙

导师: 曲远方

关键词: 居里点,烧结制度,半导化,热处理

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本实验采用传统工艺,以碳酸钡,钛酸锶,二氧化钛,碳酸钠,氧化铋等为原料,制备了无铅高居里点低室温电阻率复合陶瓷。（1）通过在（Ba,Sr）TiO3系统中加入不同含量的Na2CO3和Bi2O3,室温电阻率可达到50Ω.cm,升阻比104以上,Na2CO3和Bi2O3的加入量很少,对性能却起到很大的改善,其中居里点的提高是关键,随着Na2CO3和Bi2O3加入量的改变,试样的居里点较之原配方有了很大的提高,且表现为一定的规律,基本上是按照（Ba,Sr）TiO3和Na2CO3和Bi2O3二者的固溶理论来结合,并形成了钙钛矿结构,复合的结果是改变了原系统的轴率c/a,由于(Na0.5Bi0.5)TiO3的轴率远大于（Ba,Sr）TiO3的轴率,使得二者在复合以后形成(Ba0.92-xSr0.08Na0.5xBi0.5x)TiO3后,在从四方铁电相向立方顺电相转变的过程困难,表现为居里点的提高,这和实验的目的是一致的。随着Na2CO3和Bi2O3的加入量的增加,居里点提高到了175oC-225 oC,但是当Na2CO3和Bi2O3的含量超过一定量后对实验就没有了意义---系统绝缘化,所以选取适当的加入量进行下一步实验。（2）加入金属Ni,金属Ni性能稳定,主要是抗氧化性好,有利于与上述系统形成结合,降低系统的室温电阻率。随着金属的加入量的改变,室温电阻率下降很快,当超过10%（wt）时烧成瓷料就表现为导通,可见金属起到了很好导通的作用,增加了电子浓度和迁移率,使得电子从金属直接进入晶格,增加了导电的几率,综合效果表现为降低了室温电阻率。金属Ni较之其它的金属比如Ti金属更容易实现与基体的复合,尤其是在烧结后期不容易被氧化,采取适当的措施比如还原气氛,改变升温制度都能很好的保护金属Ni不被氧化或者尽量少的被氧化。金属Ni的加入较之前人的加入量最大值和性能最佳时的加入量都少5%左右,这主要是因为系统中的(Na0.5Bi0.5)TiO3的影响,另外加入金属Ni后瓷料的居里点有所降低,这主要是烧结制度有了改变,烧结中的传质过程相应的也有了改变。室温电阻率得到很大的降低,但付出的代价是升阻比急剧下降,由原来的104降到150左右。（3）热处理阶段是选取第一步和第二步的最佳加入量进行的,因为由前人的经验,热处理很明显的升高室温电阻率,提高升阻比,热处理工艺很少受到加入物多少的控制,也就是具有普遍的规律。本实验中的加入量是,(Ba0.92-xSr0.08Na0.5xBi0.5x)TiO3,x=0.8%,金属的加入量10%（wt）,改变热处理温度和保温时间,实验发现,随着热处理温度的提高室温电阻率升高,但改变较小,升阻比提高,但是对居里点影响很小,基本维持在175 oC左右,金属在热处理中不可避免地要被氧化,晶界也得到氧化,氧大量扩散进入晶界,提高了瓷料的PTC性能。在热处理中为了避免金属的氧化,采用的措施是分部升温,即在低温阶段慢升温,高温阶段快升温,并尽量减少保温时间,实验发现只要控制好升温制度,可很好的保护金属提高PTC性能。（4）实验中采取了一些措施来提高性能,其中效果比较好的除了用还原气氛烧结外,AST,TiO2,Bi2O3的加入量都是稍稍过量,并作了精确的控制,制造了完全和部分还原气氛,防止挥发,控制A位和B位的取代,提高半导化的性能,并得到了很好的效果。实验中的呆测瓷片都经过了超声波的清洗。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章文献综述

1.1 PTCR材料的发展

1.2 PTCR材料的特性

1.2.1 电阻－温度特性

1.2.2 电压－电流特性

1.2.3 电流－时间特性

1.3 PTCR材料的分类

1.3.1 高分子基复合PTCR材料

1.3.2 陶瓷基复合PTCR材料

1.3.3 陶瓷半导体PTCR材料

1.4 BaTiO_3 基PTCR材料概述

1.4.1 BaTiO_3晶体的结构

1.4.2 BaTiO_3晶体的介电—温度特性

1.4.3 BaTiO_3 基PTCR材料研究现状

1.4.4 BaTiO_3基PTCR材料室温电阻率降低途径

1.5 BaTiO_3系PTCR材料的理论解释

1.5.1 Heywang模型和Jonker模型

1.5.2 Daniels钡空位模型和叠加势垒模型

1.5.3 Desu的界面析出模型

1.5.4 其他PTC理论

1.6 课题的提出

第二章实验部分

2.1 实验构想

2.2 原料

2.3 过程

2.4 实验用测试手段和处理方法

第三章实验结果与讨论

3.1 提高T_c的研究

3.1.1 理论基础

3.1.2 实验结果

3.2 加入金属降低室温电阻率的研究部分

3.2.1 金属/(Ba_(0.92-x)Sr_(0.08)Na_(x/2)Bi_(x/2))TiO_3复合研究

3.2.2 加入金属Ni的实验

第四章结论

参考文献

致谢

发布时间: 2007-04-17

参考文献

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