BaTiO-,3-基粉體制備及Ni、Mn復合PTCR材料的研究.pdf

1、BaTiO<,3>基陶瓷實現(xiàn)低阻化的途徑有多種:通過施主、受主摻雜；改進制備工藝,包括濕法制備超細BaTiO<,3>基粉體；采取與低阻相復合的辦法,等等.就高性能PTCR陶瓷低阻化問題,本文從多個方面著手進行了研究.BaTiO<,3>基PTCR陶瓷粉體的濕法制備.采用了檸檬酸鹽溶膠.凝膠二步合成法來制備PTCR陶瓷粉體,對溶液的pH值、溶膠反應中溶液的含水量、凝膠化溫度、共沉淀反應物的加入順序等因素進行了分析.大量的研究結果表明:

2、 (1)在凝膠化反應中,適合的pH值區(qū)間為6.5～7.5,使溶膠凝膠反應充分進行的溶液含水量范圍R=[H<,2>O]/[[Ba<'2+>](mol)在70～80,使凝膠化絡合反應完全進行的溫度在80℃左右. (2)采用檸檬酸鹽溶膠-凝膠二步合成法,在600℃即可得到粒徑分布在30～70nm之間的施主摻雜BaTiO<,3>粉體,通過二次合成摻雜受主雜質和燒結助劑,不但使粉體的"軟團聚"狀態(tài)得以分散,而且還有利于二次摻雜物均勻地分

3、布在晶界上. (3)檸檬酸鹽溶膠.凝膠二次合成法得到的PTC粉體化學組成更為均勻、晶型發(fā)育更為完全,更符合理想PTC粉體要求.基于濕法合成BaTiO<,3>基粉體的PTCR陶瓷的制備.采用檸檬酸鹽溶膠-凝膠法制備性能優(yōu)良的BaTiO<,3>基PTC前驅粉體,以Y<,2>O<,3>+Nb<,2>O<,5>雙施主摻雜,AST+BN復合燒結,采用二次合成工藝制備了室溫電阻率為147Ω·cm、升阻比達5個數(shù)量級的PTC陶瓷材料.

4、 基于濕法合成的BaTiO<,3>基粉體Ni、Mn摻雜PTCR的制備.采用高純原料,利用溶膠-凝膠法制備化學組成均勻、顆粒細小的BaTiO<,3>粉體,在此基礎上分別加入施主、受主摻雜物質,從而在很大程度上提高和改善了PTC效應.通過復合摻雜金屬Ni以降低室溫電阻率.系統(tǒng)地考慮了金屬Ni的摻入量,燒成氣氛,氧化處理溫度和氧化處理保溫時間對PTC材料性能的影響.將金屬具有的良好導電性與BaTiO<,3>瓷特有的電特性相結合,制備出了性能良

5、好的金屬/PTCR陶瓷復合材料.基于固相合成法的Ni、Mn摻雜BaTiO<,3>基PTCR的制備.以傳統(tǒng)固相法合成BaTiO<,3>基PTC粉體,加入施主物質,以及金屬Ni、Mn,在還原氣氛燒成及空氣氣氛處理,制備PTCR陶瓷復合材料,研究和討論了金屬與BaTiO<,3>基PTC材料復合以及后期工藝過程對其室溫電阻率、.升阻比等性能的影響.通過摻雜金屬Mn使其氧化為Mn離子而一方面起到受主作用提高升阻比,、一方面在一定程度上對金屬Ni起

6、保護作用.研究表明,在還原氣氛下燒成(1250℃,保溫20min),室溫電阻率較低,但只有很弱的PTC效應,再通過適當?shù)暮笃跓崽幚砉に?空氣氣氛,780℃,保溫60min)PTC效應可得到部分恢復.最終獲得了具有低室溫電阻率(ρ<,25℃>=10.2 Ω·cm)和較高升阻比( ρ<,max>/ρ min=1.42×10<'3>)的PTCR復合材料. Ni、Mn摻雜多孔BaTiO<,3>基PTC復合材料的研制.以傳統(tǒng)固相法反應法

7、合成雙施主摻雜的BaTiO<,3>基PTC粉體,從與低阻相復合降低PTCR材料室溫電阻率,多孔可有利于氧吸附,增大表面受態(tài),提高升阻比的角度著手,通過復合Ni、Mn來降低室溫電阻率,通過加入淀粉來制造多孔PTCR.復合體在空氣和還原氣氛下燒結,結果表明還原氣氛下燒結的復合體有低的室溫電阻率,空氣氣氛下的室溫電阻率達3個數(shù)量級.Ni及淀粉加入量對室溫電阻率有很大的影響,當?shù)矸奂尤肓繛?5wt﹪,Ni加入量為10wt﹪時室溫電阻率最低,其電

8、阻率是9.9 QΩ·cm.氧化處理溫度及時間對復合材料的性能也有影響,通過對比實驗分析可得,850℃50min是最好的氧化處理參數(shù),Ni此時能在淀粉的保護下不被氧化,淀粉燃燒掉形成的孔形成表面受主態(tài),氧被吸附到晶界上而提高了升阻比.根據(jù)實驗結果結合分析,說明通過檸檬酸鹽溶膠-凝膠法可以制備超細BaTiO<,3>基粉體.以傳統(tǒng)固相法反應法合成PTC粉體,采取復合Ni、Mn,以及加入淀粉制造多孔,氧化燒成,還原處理等多種工藝措施,可以有效降