钛酸锶双功能压敏陶瓷的制备及性能研究

【摘要】： 钛酸锶基压敏陶瓷是上世纪八十年代发展起来的一种新型多功能半导体陶瓷材料，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电容-压敏复合功能陶瓷。本文主要研究了施主掺杂剂及其引入形态、受主掺杂剂、烧结工艺以及热处理工艺对SrTiO_3基压敏陶瓷的电学性能及微观结构的影响，并提出用纳米掺杂来对其进行改性，得到了一些相关实验结果。 实验表明：掺杂施主离子的种类、形态及浓度、掺杂受主离子的种类、烧结温度、热处理工艺等对材料的电性能、微观结构会产生重要影响。在(N_2+C)的还原性气氛下，采用单施主CeO_2或Y_2O_3掺杂、再分别以MnCO_3或CuO作为受主掺杂剂均能获得低压敏电压、高非线性系数、高介电常数的SrTiO_3基双功能陶瓷，表现出良好的压敏性能与介电性能。相比较而言，以CuO作受主，当施主Y_2O_3加入量为1.2mol％时有较优的综合电性能：V_(1mA)=5.51V，α=5.8，ε_r=9.64×10~4，tanδ=0.35。 扫描电镜观察表明烧结温度提高可以促进晶粒长大和均匀化。研究了氧化热处理工艺对SrTiO_3基压敏陶瓷电性能的影响。结果表明，氧化热处理时间和氧化热处理温度对材料的压敏特性和介电性能均有重要的影响。氧化热处理时间的增加会使V_(1mA)、α上升，氧化热处理温度的增加使α上升、V_(10mA)先增加后减小。 采用纳米La_2O_3作为施主掺杂剂对SrTiO_3基压敏陶瓷进行纳米掺杂改性。通过纳米掺杂可以制备出压敏电压较低、非线性系数较高的双功能陶瓷：V_(1mA)=4.35V，α=6.2。 最后，本文对SrTiO_3基压敏陶瓷的晶界势垒问题进行了初步探讨，提出了SrTiO_3基压敏陶瓷的叠加势垒模型，并在简化条件下，就受主态扩散层对势垒的影响进行了表观分析，得出了一些有用的规律。