TiO2基壓敏陶瓷的制備及其摻雜改性研究.pdf

1、TiO2基壓敏陶瓷同時(shí)具備電容-壓敏雙功能特性。低的壓敏電壓，高的介電常數(shù)加之簡(jiǎn)單的制備工藝，使它成為低壓領(lǐng)域中發(fā)展前景較好的一種壓敏電阻材料。但TiO2壓敏陶瓷仍存在一些問(wèn)題如小的非線性系數(shù)等，限制了它在工業(yè)上的應(yīng)用。本論文通過(guò)添加施主物質(zhì)，受主物質(zhì)以及燒結(jié)助劑來(lái)提高其非線性系數(shù)并改善其綜合電學(xué)性能。主要內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　1.研究了低溫?zé)Y(jié)時(shí)，施主物質(zhì) Ta2O5對(duì) TiO2基壓敏陶瓷結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：Ta2O

2、5的摻雜在體系中引入了第二相 Bi2Ti2O7。摻雜一定量的Ta2O5能提高晶粒電導(dǎo)率，利于晶界勢(shì)壘的形成，從而使 TiO2壓敏陶瓷的非線性系數(shù)增加，改善材料壓敏性能。當(dāng) Ta2O5的加入量達(dá)到0.5 mol％時(shí)，材料具有最優(yōu)的壓敏性能：壓敏場(chǎng)強(qiáng)為14.9 V/mm、非線性系數(shù)為4.48、介電常數(shù)為9.68?104、介電損耗為0.36。
　　2.研究了 MnO2對(duì) TiO2基壓敏陶瓷的影響。對(duì)微觀形貌進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，摻雜一定量的Mn

3、O2能夠促進(jìn)晶粒的生長(zhǎng)，但不同含量 MnO2對(duì)晶粒尺寸均勻性的影響不同。TiO2基壓敏陶瓷的電學(xué)性能也受 MnO2添加量的影響，摻雜適量的MnO2能增加其界面態(tài)密度，從而使晶界勢(shì)壘高度增加，非線性系數(shù)升高。當(dāng)摻雜的MnO2含量為0.3 mol%時(shí)，材料顯微結(jié)構(gòu)比較均勻，綜合電性能較優(yōu)異：壓敏場(chǎng)強(qiáng)E1mA=4.95 V/mm、非線性系數(shù)?=5.07、介電常數(shù)?r=11.09?104、介電損耗tan?=0.1618。
　　3.研究了

4、Pr6O11對(duì) TiO2基壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)、壓敏性能和介電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Pr6O11的摻雜在體系中引入了第二相，并且引起了 XRD衍射峰向小角度偏移。一定量的Pr6O11能夠促進(jìn)晶粒的生長(zhǎng)，降低材料的壓敏電壓，增大介電常數(shù)，由于 Pr的離子半徑較大，它傾向于在晶界處發(fā)生偏析，從而有效的提高材料晶界勢(shì)壘高度和非線性系數(shù)，當(dāng) Pr6O11的摻雜含量達(dá)到0.50 mol%時(shí)，樣品獲得最優(yōu)的電學(xué)性能：壓敏場(chǎng)強(qiáng)為5.13 V/mm、非

5、線性系數(shù)為5.43、介電常數(shù)為1.34?105。
　　4.研究了CaCO3摻雜對(duì)TiO2基壓敏陶瓷性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CaCO3的含量影響著第二相的種類和含量。摻雜一定量的CaCO3能夠促進(jìn)TiO2晶粒的長(zhǎng)大，從而使材料的壓敏場(chǎng)強(qiáng)降低，但同時(shí)也使其非線性系數(shù)降低，當(dāng) CaCO3的摻雜含量為0.50 mol%時(shí)，TiO2壓敏陶瓷顯示出最好的綜合電學(xué)性能：壓敏場(chǎng)強(qiáng)低至2.07 V/mm、相對(duì)高的非線性3.35、介電常數(shù)高至2.6