離子摻雜BaBiO3基熱敏陶瓷和BaBiO3-BaTiO3復(fù)合陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、BaBiO3是一種具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的NTC熱敏電阻材料,通過對BaBiO3化合物中的Ba2+位置、Bi3+位置和Bi5+位置三個(gè)位置進(jìn)行離子替代,可以對其進(jìn)行離子摻雜改性研究。根據(jù)國內(nèi)外熱敏陶瓷材料的研究進(jìn)展及存在的主要問題,本文以BaBiO3基NTC熱敏電阻材料為研究對象,采用X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、能譜分析儀和電學(xué)性能測試儀等系統(tǒng)研究了MnO2、Sb2O3和Na2C2O4摻雜對BaBiO3基NTC熱敏電阻材料的顯微結(jié)構(gòu)和電性能

2、。結(jié)果表明Mn、Sb和Na三種元素?fù)诫s的BaBiO3基陶瓷均具有良好的NTC特性,其室溫電阻率和B值均隨Mn離子、Sb離子和Na離子的含量上升呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律。
　　在BaTiO3基PTC陶瓷中摻雜微量BaBiO3化合物時(shí),材料表現(xiàn)出良好的PTC性質(zhì);在BaBiO3基NTC陶瓷中摻雜BaTiO3化合物時(shí),燒結(jié)后的復(fù)合陶瓷材料只表現(xiàn)出NTC特性。在BaBiO3/ BaTiO3陶瓷性能及其機(jī)理的研究在國內(nèi)外還少有研究。本文通過將

3、BaBiO3和BaTiO3在極大的成份范圍內(nèi)變化互摻,系統(tǒng)研究各組元成份含量對BaBiO3/BaTiO3復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、相組成及材料性能的影響規(guī)律,探討了BaBiO3/BaTiO3復(fù)合材料NTC效應(yīng)的作用機(jī)理。主要結(jié)果如下:
　　通過在BaBiO3陶瓷材料中摻雜MnO2,研究了Mn4+摻雜對BaBiO3基陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)和NTC特性的影響。結(jié)果表明,MnO2摻雜對BaBiO3基陶瓷的組織和NTC特性均有顯著的影響。BaBiO3

4、基陶瓷進(jìn)行MnO2摻雜屬于施受主混合摻雜,BaBiO3基陶瓷的室溫電阻率ρ25和材料的B25～85值隨著MnO2含量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。MnO2摻雜量為0.005時(shí),獲得了具有較好NTC特性的樣品,其室溫電阻率ρ25為806?·cm,B25～85值為2945K。
　　通過在BaBiO3陶瓷材料中摻雜Sb2 O3,研究了Sb3+摻雜對BaBiO3陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)和NTC特性的影響。結(jié)果表明,隨著摻雜量的升高,晶胞參數(shù)a和c

5、的值單調(diào)減小,而晶胞參數(shù)b的值單調(diào)增大,晶胞體積單調(diào)減小;橫截面的SEM照片顯示,隨著Sb2O3摻雜量升高,樣品氣孔率提高,致密度下降;所有Sb2O3摻雜樣品的電阻率對數(shù)值和溫度都呈近線性變化關(guān)系。隨著Sb2O3含量的增加,室溫電阻率先是下降到一個(gè)最低值;Sb2O3含量較高的時(shí)候,室溫電阻率再隨摻雜量增加而升高。Sb2O3摻雜對樣品的B值也有同樣的影響。Na+摻雜量為0.003時(shí),制備出了優(yōu)異的Sb2 O3摻雜BaBiO3陶瓷,其室溫電

6、阻率為416?·cm,B25～85值為2378 K。
　　通過在BaBiO3陶瓷材料中摻雜Na2C2O4,研究了Na+摻雜對BaBiO3陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)和NTC特性的影響。結(jié)果表明,Na+摻雜量對BaBiO3基陶瓷的組織和電性能均有顯著的影響。BaBiO3基陶瓷進(jìn)行Na+摻雜屬于受主摻雜,摻雜后陶瓷的室溫電阻率ρ25和材料的B25～85值隨著Na+離子含量增加,均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。Na+摻雜量為0.05時(shí),獲得了具有較好NT

7、C性能的樣品,其室溫電阻率ρ25為1145?·cm,B25～85值為3025K。
　　通過將BaBiO3和BaTiO3相對成份比例在極大的范圍變化,進(jìn)行相互組合實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)合材料中BaBiO3含量很低時(shí),BaBiO3作為施主雜質(zhì)微量摻雜到BaTiO3中,表現(xiàn)出PTC性能。然而當(dāng)復(fù)相材料中BaBiO3的含量較高時(shí),經(jīng)過較低溫度燒結(jié)的BaBiO3/BaTiO3復(fù)合材料僅顯示NTC特性,隨著BaBiO3含量的增加,BaBiO3/BaT

8、iO3復(fù)合陶瓷的室溫電阻率單調(diào)減小,而熱敏感系數(shù)保持不變。提出了BaBiO3/BaTiO3復(fù)合材料具有NTC效應(yīng)的作用機(jī)理,并建立了BaBiO3/BaTiO3復(fù)合材料的滲流模型。復(fù)相材料中BaBiO3相的存在是復(fù)合材料具有NTC效應(yīng)的原因。BaBiO3是半導(dǎo)體材料,具有NTC特性。BaBiO3/BaTiO3復(fù)合材料是BaBiO3和BaTiO3兩相的強(qiáng)無規(guī)則混合材料,當(dāng)材料中BaBiO3的含量較低時(shí),BaBiO3相無規(guī)則地彌散在絕緣相中,