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《天津大学》 2008年
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低阻Ni/(Ba,Sr)TiO_3复合PTC材料的制备与电性能研究

李小燕  
【摘要】: 为了研制具备良好PTC性能的低阻材料,对(Ba,Sr)TiO_3陶瓷以及Ni/(Ba,Sr)TiO_3复合材料进行了研究。采用了ESEM、OG、TEM、EDX、SAD、XRD、XPS、DSC-TG等现代材料研究与分析方法。测试了材料的电阻-温度特性和耐电压强度。讨论了Ni/(Ba,Sr)TiO_3复合PTC材料的性能特点和影响因素。 通过增加MnO_2添加量、添加BN、加入Zn-V-B系玻璃料以及改变预合成所用的TiO_2原料四种途径来改善(Ba,Sr)TiO_3陶瓷的PTC性能。这四种途径在增强PTC效应方面均起到了积极的效果。尤其是不改变配方,采用TiO_2-B原料制备出的(Ba,Sr)TiO_3陶瓷材料PTC性能最为理想。1320℃保温20min烧结后,ρ_(25) = 228.9Ω·cm,ρ_(max)/ρ25=10~(5.1),α= 25.1%/℃。采用此配方和原料制备与金属Ni复合的陶瓷基质。在还原气氛中烧成后,随着Ni加入量增大,Ni/(Ba,Sr)TiO_3复合材料室温电阻率降低,同时PTC效应恶化、耐电压强度下降。综合考虑各项电性能指标,下面研究中将Ni的加入量固定在15wt%。提高烧结温度,有助于制备高性能的Ni/(Ba,Sr)TiO_3复合PTC材料。对比了复合材料在倒置的Al2O_3坩埚内放置足够多石墨粉形成的还原气氛1、石墨坩埚形成的还原气氛2中烧结后以及热处理后的XRD和XPS图谱,结果表明还原气氛1更适合制备复合PTC材料。另外,所采用的三种Ni粉中,Ni粉平均粒径越小,室温电阻率越小,PTC效应越好。在复合材料中引入了PbO-B_2O_3-ZnO-SiO_2玻璃料。此玻璃料可以很好地润湿(Ba,Sr)TiO_3陶瓷。玻璃料以无定形态存在于复合材料中的相界与陶瓷晶界上。晶粒间相和陶瓷之间没有明显的扩散。玻璃料的加入不仅有助于复合材料的致密化,而且有助于Ni颗粒在陶瓷基质中的均匀分布,更为重要的是可以改变Ni-(Ba,Sr)TiO_3相界面上的电荷传输,从而改善了复合材料的电性能。当玻璃料加入量为0.5wt% ,AST加入量为0.1wt%时,Ni-(Ba,Sr)TiO_3相界面上的液相层厚度适中,既可以避免金属-陶瓷界面上隧道效应对PTC效应的消弱,又不足以因为液相层过厚导致晶界电阻过大,复合材料获得了较佳的电性能。与AST相比,玻璃料更有利于制备高性能的Ni/(Ba,Sr)TiO_3复合PTC材料。仅加入0.6wt%玻璃料,Ni/(Ba,Sr)TiO_3复合材料1320℃保温20min烧结后获得了最佳的电性能(ρ25=2.5Ω·cm,ρ_(max)/ρ_(25)=10~(3.6),α= 9.0 %/℃)。计算了(Ba,Sr)TiO_3陶瓷中的有效施主浓度,肯定了Ni-(Ba,Sr)TiO_3界面上通过隧道效应实现欧姆接触的可行性。对制备高性能Ni/BaTiO_3复合PTC材料提出了改进措施,并提出了理想的显微结构模型。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB332

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【引证文献】
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