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BaTiO_3基复合PTC材料的研究

霍伟荣  
【摘要】: 为了研制无铅化的高居里温度PTC材料以及低室温电阻率的PTC材料,本文对多种BaTiO_3基复合材料进行了研究,通过阻温测试、介温曲线、XRD分析以及微观结构分析等方法,研究了复合材料的性能特点及其影响因素,并取得了一定的成果。 在BaTiO_3基PTC陶瓷材料中复合具有高居里温度的NBT,可以提高材料的居里温度。当NBT加入量为1.0mol%时,居里温度提高了近30℃,而NBT加入量为1.5mol%时,居里温度提高了近50℃。这主要是因为NBT的引入,加强了Ti-O键,使材料的四方性加强。同时由于从NBT中挥发出来的Bi2O_3有抑制晶粒长大的作用,并且易与MnO_2形成电子捕获的中心,提高了试样的PTC效应:升阻比提高了近两个数量级,而温度系数由原来的8.1%oC-1提高到了21.9%oC-1。当NBT加入量为8.0mol%时,尽管试样的PTC效应较差,但试样的居里温度由原来的97℃升高到了230℃附近,这使制备高居里温度的无铅化的BaTiO_3基PTC材料成为可能。但随着NBT加入量的增加,试样越难半导化。复合NBT后,试样的室温电阻率提高,为降低室温电阻率,在复合 1.0mol%NBT的BaTiO_3基PTC材料中加入适量金属Ni,当Ni粉的加入量为12wt%时,采用弱还原气氛热处理,并在C粉中加入微量的NBT,900℃下保温50min,可得到室温电阻率为15.56Ω·cm,升阻比为169.82的材料。研究发现在预合成的BaTiO_3粉料中加入金属Cu粉,可以有效的降低材料的室温电阻率,金属Cu粉的最佳加入量范围为2mol%~4mol%,约为Ni粉加入量十分之一。在BaTiO_3基础料中加入4mol%的Cu粉,1275℃烧结并保温20min,再在弱还原气氛下800℃热处理60min后,可得到室温电阻率为101.12Ω·cm,升阻比为102.58的PTC材料。 研究还发现CuO和SiO_2的加入都能提高试样的居里温度,说明对B位进行掺杂也能加强B-O键而提高相变温度,但加入量有限。 本文还研究了不同A位施主掺杂剂对材料性能的影响,结果表明,与Sb2O_3、Y2O_3相比,以Bi2O_3为A位施主掺杂剂时,得到的试样的温度系数最大,高达46.42%oC-1。当升温速度较慢为200℃/h时,尽管试样的室温电阻率有所上升,但试样的PTC效应得到了明显的改善,同时,试样的居里温度也均向高温方向发生了不同程度的移动。


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