含铋无铅钛酸钡基PTC陶瓷材料的研究.pdf

文档介绍：INVESTIGATIoN oF BISMUTH CONTAINED BARIUM PTC CERAMIC AThesis Submitted to Shaanxi University ofScience and Technology inPartialFulfillment oftheRequirement fortheDegree of Master ofE坠gi望呈星!=i坠2 Thesis May 2011 含铋无铅钛酸钡基PTC陶瓷材料的研究摘要随着人们对环境保护的重视,在电子陶瓷领域中,迫切需要发展具有高居里温度、低室温电阻率和高升阻比的无铅正温度系数(PTC)电阻陶瓷材料。为了替代目前对环境和人体有害的含铅PTC陶瓷材料,本文对三种BaTi03 基陶瓷材料系统进行了PTC性能的研究,以寻求一种新型无铅PTC陶瓷的配方组成及制备工艺。该论文采用固相法对BaTi03- (BT—BNT)、(BT—BKT)与BaTiOa—(BT—BLT) 系统陶瓷在空气气氛下烧结制备, BaTiOa-、BaTi03-。还原气氛下烧结可以使陶瓷试样获得较低的室温电阻率,经过再氧化处理后,陶瓷晶界势垒重新形成,进而获得PTC效应。通过对制备试样进行XRD、SEM及阻温特性测试分析,研究配方组成和制备工艺对陶瓷性能的影响。、 BaTiOa-:、 %,陶瓷试样能获得较低室温电阻率(PRT---103Q·cm)7阳较好的PTC效应(pm觚/pnlin>103);但是,当含量超过2m01%后,陶瓷试样在空气气氛下烧结后室温电阻率会达到106Q·cm以上,不能满足使用要求,即使同时掺杂施主元素Nb后,陶瓷试样仍然难于良好半导化。这表明BNT、BKT或BLT掺杂量对陶瓷试样的室温电阻率影响很大;这是因为BNT、BKT与BLT有细化陶瓷晶粒的作用,随着它们掺杂量的增加陶瓷晶粒会变小;而且BNT、BKT和BLT中含有Na+、K+等半径较小的低价阳离子,这些离子在陶瓷高温烧结时会向晶界移动,陶瓷冷却后它们会集聚在陶瓷晶界上,形成富Na+或富K+的绝缘层,这会降低陶瓷中载流子的迁移速率,使陶瓷电阻增大。在BaTi03中引入BNT、BKT和BLT能使陶瓷系统的居里温度向高温方向移动。当加入不超过2m01%的BNT、BKT或BLT后,陶瓷系统的居里温度从未引入时的~120℃上升到~150℃;表明BNT、BKT和BLT在较低掺杂浓度时能有效地提高居里点,居里点移动效率达到了~15℃/m01%。但是, 当引入较高含量的BNT或BKT后,居里点向高温方向移动的程度未能明显增强,此时BNT或BKT对居里点的移动效率降低,只有~3℃/m01%。通过对BaTi03晶格参数变化分析,发现掺杂BNT、BKT或BLT能使BaTi03的 a轴和c轴长度发生变化,通常a轴长会随着掺杂含量的增大而变小,c轴长基本不变;c/a轴率随着掺杂量的增加而变大,BaTi03陶瓷四方相含量增加。当BaTi03陶瓷四方率增大后,BaTi03晶格中的Ti4+离子会偏离原来位置;BaTi03由四方相向立方相发生转变时,在Ti4+离子偏离的作用下,相转变需要在比原来更高的温度下发生;从而使居里点向高温方向移动。针对在空气气氛中难于使BT—BNT、BT—BKT陶瓷半导化,。BT-BNT与BT—BKT 陶瓷先在纯氮气气氛下烧结后获得良好的导电性能,这是由于BaTi03陶瓷在还原气氛下烧结后会出现大量的氧空位;而氧空位是BaTi03陶瓷中良好的电子载流子,故可以获得低室温电阻率的BT—BNT和BT—BKT陶瓷。再氧化过程可以使晶界上的氧空位重新被氧原子补偿,形成晶界绝缘层和晶界势垒,获得PTC效应。通过改变再氧化工艺中的氧化温度和氧化时间,可以有效地控制陶瓷系统的室温电阻率与升阻比,而且不会使居里温度发生移动。℃进行2小时再氧化处理,可以获得居里温度在~170℃、室温电阻率小于103Q·cm、升阻比大于103的性能良好的无铅高居里点BaTi03基PTC陶瓷材料。关键词:正温度系数,钛酸钡,钛酸铋钠,钛