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《昆明理工大学》 2005年
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钛酸锶基多功能压敏陶瓷性能及微观结构研究

郭中正  
【摘要】:钛酸锶系电容—压敏双功能陶瓷是一种重要压敏材料,有压敏电压低、非线性系数高、介电常数高、介电损耗低等优点,是集高频噪声、猝发脉冲、浪涌吸收和自复位功能于一体的复合功能陶瓷。SrTiO_3压敏电阻广泛用于低压领域作为过压保护和浪涌吸收元件,如用于微直流电机及电源输入端抑制噪声、保护感性负载或可控硅开关、作旁路电容器等。本文从SrTiO_3压敏陶瓷的发展历史、研究现状出发,综述了其目前的市场前景和发展趋势,对其制备工艺、配方、性能及微观结构进行了初步探索,并进一步研究了表面层对SrTiO_3压敏陶瓷电性能的影响,得到了一些相关实验结果。 本实验主要采用氮气和石墨制造还原性气氛,用一次烧成法制备SrTiO_3压敏陶瓷。为与之作对比也兼用非气氛石墨还原工艺制备。实验表明后一种工艺制得的样品性能波动较大,但最佳性能优于前者,平均晶粒电阻率低于前者。 在(N_2+C)还原气氛下,以La_2O_3作单施主掺杂时,加入0.6mol%La_2O_3的样品有最低晶粒电阻率ρg(8Ω·cm)。加入量为1.5mol%时有较优综合电性能:V_(1mA)=6.35V,α=7.8,ε_r=5.57×10~4,tanδ=0.209。以Nb_2O_5和La_2O_3作双施主掺杂能同时提高二者的固溶度,0.3mol%Nb_2O_5+0.3mol%La_2O_3的配方有较优性能:V_(1mA)=8.64V,α=7.6,ε_r=3.1×10~4,tanδ=0.062。 相较MnCO_3,CuO作受主可降低V_(1mA)、提高ε_r,但α也下降;同时以CuO和MnCO_3作受主未必能优化性能,波谱分析可提供一定性解释。扫描电镜观察表明烧结温度提高可促进晶粒长大和均匀化,并形成较完善晶界层。波谱、能谱分析表明烧结助剂主要存在于多角晶界处。 本样品的驰豫频率小于100Hz,ε_r值在10~4Hz下仍可达10~4量级。 SrTiO_3压敏陶瓷存在表面氧化层,厚约60μm。随表面层逐渐被去除,V_(1mA)、α下降,ε_r、tanδ上升,材料内部为晶界及其势垒形成尚不完善的区域。能谱分析表明氧由表至里有浓度梯度。氧化热处理温度和时间的增加都会使V_(1mA)、α上升,ε_r、tanδ下降。化学吸附氧使界面态密度增加,是势垒形成的主要因素。 根据上述讨论,优化配方和工艺,以0.15mol%Nb_2O_5+0.75mol%La_2O_3作施主,得到本实验中的最优性能:V_(1mA)=5.81V,α=8.3,ε_r=5.18×10~4,tanδ=0.06。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TB34

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