BaTiO3基多層片式熱敏陶瓷材料研究.pdf

1、近幾年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和表面貼裝技術(shù)的快速發(fā)展，電子元器件的集成化、微型化、片式化已經(jīng)成為當(dāng)今微電子技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，而正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTCR）陶瓷器件也朝著微型化、片式化和低阻化方向發(fā)展。由于傳統(tǒng)的單層式BaTiO3基PTCR陶瓷材料的固有電阻率很高，無(wú)法進(jìn)一步地降低其室溫電阻，而多層片式BaTiO3基PTCR陶瓷材料不僅具有較低的室溫電阻和較高的升阻比，而且還具有尺寸小、穩(wěn)定性好、耐大電流沖擊能力好等優(yōu)點(diǎn)，常用作過(guò)載電流保護(hù)元

2、件，是一個(gè)具有巨大的市場(chǎng)前景和實(shí)用價(jià)值的研究課題。
　　采用流延的制作方法和還原-再氧化的燒結(jié)工藝來(lái)制備多層片式BaTiO3基PTCR陶瓷材料，通過(guò)系統(tǒng)地研究Ba/Ti比、A位施主摻雜、B位施主摻雜、燒結(jié)溫度、降溫方式、再氧化熱處理工藝等對(duì)該多層片式PTCR陶瓷材料的影響，成功地制備出室溫電阻為0.3 W和升阻比（Lg(Rmax/Rmin)）為3.3的多層片式Ba(Ti1-xNbx)O3基陶瓷以及室溫電阻為0.13W和升阻比為3.

3、2的多層片式Ba1.001(Ti1-xNbx)O3基陶瓷。其具體的研究如下：
　　采用流延法來(lái)制備片式BaTiO3基PTCR陶瓷，研究了Ba/Ti比對(duì)其電性能、微結(jié)構(gòu)以及PTCR效應(yīng)的影響，結(jié)果表明了Ti過(guò)量樣品的平均晶粒尺寸大小變化不大，它的室溫電阻率很小，受再氧化時(shí)間和Ba/Ti比的影響也較?。慌c之相反，Ba過(guò)量的樣品晶粒大且顆粒大小分布不均，它的室溫電阻率較大，受再氧化時(shí)間和Ba/Ti比的影響也較大。實(shí)驗(yàn)研究表明Ba/Ti為

4、1.006的(Bam-0.007Sm0.007)TiO3基陶瓷的室溫電阻率和升阻比分別為80.8·cm和3，高Ba/Ti比（m=1.026）的(Bam-0.007Sm0.007)TiO3基陶瓷的室溫電阻率和升阻比分別為108.5·cm和3.8。
　　對(duì)于高Ba/Ti比片式Ba1.022-xSmxTiO3基陶瓷來(lái)說(shuō)，采用同樣的共燒法研究了燒結(jié)溫度和冷卻方式對(duì)該樣品的微觀結(jié)構(gòu)、電性能和PTCR特性等的影響，結(jié)果表明了高施主摻雜濃度可以

5、抑制樣品晶粒的生長(zhǎng)，樣品的室溫電阻率和升阻比都隨著燒結(jié)溫度的升高而減小，較高溫度燒結(jié)的樣品的室溫電阻率變化很小，低溫?zé)Y(jié)可以獲得較高的耐壓值。此外，樣品的冷卻速率越慢，氣孔就越少，該陶瓷樣品的室溫電阻率隨著冷卻速率的增加而增加，并且適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)冷卻時(shí)間可以降低樣品的室溫電阻率。樣品的臨界施主摻雜濃度隨著冷卻速率的增加而逐漸地向著低濃度方向移動(dòng)，冷卻速率為4℃/min的樣品具有較好的PTCR效應(yīng)，它的室溫電阻率、升阻比、受主態(tài)密度（NS）和

6、肖特基勢(shì)壘高度（f）分別為157.4·cm、3.16、6.91′1013cm–2和0.59eV。高冷卻速率可以導(dǎo)致樣品晶界內(nèi)比晶粒內(nèi)更易于失氧，而低冷卻速率比高冷卻速率更容易使晶粒和晶界失氧。
　　采用還原-再氧化的燒結(jié)方法，研究了施主摻雜量、燒結(jié)溫度和再氧化溫度對(duì)多層片式Ba(Ti1-xNbx)O3基陶瓷的電性能和PTCR特性的影響，成功地制備出了尺寸為3.6mm×1.8mm×1.4mm、室溫電阻為0.3W和升阻比為3.3的多層

7、片式PTCR陶瓷器件。樣品在還原氣氛中1100℃-1220℃下燒結(jié)2h且在空氣中600℃再氧化1h后它的受主態(tài)密度NS是介于2.47×1013-7.19×1013cm–2范圍內(nèi)。
　　最后研究了施主摻雜0.35 mol％Nb5+的多層片式Ba(Ti1-xNbx)O3基陶瓷在還原氣氛中1160℃燒結(jié)2h且在空氣中600℃再氧化0-8h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明樣品在600℃低溫下再氧化也可以得到很低的室溫電阻和較好的PTCR效應(yīng)，700℃是晶粒

8、獲得再氧化的臨界溫度，理想的再氧化溫度和時(shí)間應(yīng)分別控制在850℃和6h以內(nèi)。另外，還推斷出在Ni-Ba(Ti1-xNbx)O3界面層內(nèi)Nb5+替代Ti4+位起施主作用和Ni2+替代Ti4+位起受主作用是相互補(bǔ)償?shù)模@是B位施主摻雜的優(yōu)勢(shì)。成功地制備出了尺寸為3.6mm×1.8mm×1.4mm、室溫電阻為0.38W和升阻比為3.5的多層片式Ba(Ti1-xNbx)O3基陶瓷器件，并且還成功地制備出尺寸為3.6mm×1.8mm×1.4mm、