BaTiO3基热敏陶瓷材料及其叠层片式元件的湿化学法制备及理论研究

论文题目: BaTiO3基热敏陶瓷材料及其叠层片式元件的湿化学法制备及理论研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 郑志平

导师: 周东祥

关键词: 基热敏陶瓷,叠层片式,湿化学法,高分子网络凝胶法,注凝成型,溶液干燥法

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着信息技术的飞速发展,电子元器件的小型化、集成化及高可靠性已成为当今电子技术发展的主流,而小型化、片式化、低阻化和高可靠性则成为正温度系数热敏陶瓷元件(PTCR)的发展趋势。但由于BaTiO3基热敏陶瓷材料的固有电阻率较高,传统的单层PTCR元件不能进一步降低电阻,而叠层片式PTCR可以通过叠层并联结构实现低阻化,具有体积小、通流量大、耐电流冲击特性好等优点,是一个具有理论意义和实际应用价值的研究方向。论文结合“十五”国家863计划项目“叠层片式PTCR热敏陶瓷材料系列与关键技术研究”(项目编号:2001AA320504)展开研究。通过系统研究微量施、受主掺杂BaTiO3基PTCR陶瓷材料的组分与工艺,制备出了室温电阻率为8.0?·cm,升阻比为4.3,温度系数为10.3%℃-1,耐电压高于50V/mm的低电阻率Ba0.75Sr0.25Ti1.01O3PTCR陶瓷材料。首次将高分子网络凝胶法应用于BaTiO3基PTCR陶瓷粉体的制备,研究了不同合成条件对合成目标相的影响,结果表明当溶液的pH值在7-8之间,聚丙烯酰胺凝胶为强交连网络,且煅烧温度在700-900℃时能得到结晶程度较高的目标相。实验研究表明这种合成方法能在比较宽的范围内进行掺杂,并使陶瓷的烧结温度下降到了1280℃,为瓷体与电极的共烧奠定了基础。得到了显微结构比常规固相法更均匀、PTC性能更优越的PTCR陶瓷材料,其升阻比比固相法制备的材料高一个数量级。系统研究了用注凝成型工艺成型厚膜而制备片式PTCR,包括高固相含量低粘度浆料的制备、坯体的成型、坯体的干燥和烧成,研究了注凝成型生坯和陶瓷的微观结构及陶瓷元件的PTCR性能。成功地制备出了显微结构均匀,尺寸为12.0mm×8.0mm×0.34mm,室温电阻在2.0?、温度系数为12%℃-1、升阻比大于4的片式PTCR元件。对注凝成型制备的片式PTCR元件的室温电阻率与坯体厚度的依赖关系,首先用晶界氧吸附及扩散理论进行了解释,接着从理论上分析了片式PTCR电极间的晶粒排列及晶轴取向等微观结构因素对介电常数的影响,结合Heywang模型及Jonker模型对这种依赖关系的微观机理进行了解释,认为随片式PTCR坯体厚度减小,在片式PTCR瓷体中发生的与厚膜表面垂直的c轴定向,使体系总的介电常数减小,从而室温下的铁电补偿减小,室温电阻率上升。实验证明,只有当片式PTCR的坯体厚度减小到一定程度(0.5mm)时,元件的室温电阻率才随厚度的减小急剧增大。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 BATIO_3基PTCR 的研究概况

1.2 片式PTCR 的研究现状及应用

1.3 叠层片式PTCR 的研究概况

1.4 论文选题及主要研究内容

2 低电阻率BATIO_3基PTCR 陶瓷材料的制备

2.1 BATIO_3陶瓷材料产生PTC 效应的条件

2.2 BATIO_3基PTCR 陶瓷材料的低阻化

2.3 施、受主掺杂与低电阻率PTCR 材料的关系

2.4 烧结制度对低电阻率PTCR 材料的影响

2.5 本章小结

3 BATIO_3基PTCR 陶瓷粉体的高分子网络凝胶法合成研究

3.1 高分子网络凝胶法合成基础

3.2 BATIO_3基PTCR 陶瓷粉体的高分子网络凝胶法合成

3.3 不同方法制备的PTCR 陶瓷的电性能比较

3.4 本章小结

4 片式PTCR 的注凝成型研究

4.1 厚膜成型工艺简介

4.2 注凝成型的原理及工艺过程

4.3 注凝成型直接成型厚膜制备片式PTCR 陶瓷

4.4 片式PTCR 性能与厚度的关系

4.5 片式PTCR 的晶界结构

4.6 注凝成型PTCR 坯体的干燥研究

4.7 注凝成型瓷体的切割及片式PTCR 的显微结构

4.8 本章小结

5 叠层片式PTCR 元件的结构设计及制备

5.1 叠层片式PTCR 元件的结构及电阻率

5.2 电极玻璃釉粘合法制备叠层片式PTCR

5.3 共烧法制备叠层片式PTCR

5.4 本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文目录

附录2 攻读学位期间申请的专利

附录3 攻读学位期间参加的科研项目

发布时间: 2006-04-12

参考文献

• [1].高性能负温度系数热敏陶瓷和厚膜制备及基于阻抗谱的电学性能研究[D]. 袁昌来.中南大学2012

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