施主摻雜BaTiO-,3-基陶瓷的晶界再氧化工藝的研究.pdf

1、鈦酸鋇系正溫度系數(shù)（PTCR）陶瓷材料以其獨(dú)特的電阻溫度特性而被廣泛應(yīng)用于應(yīng)用于電力設(shè)備、電子器件以及汽車行業(yè)等諸多領(lǐng)域。而具有低室溫電阻率、大升阻比、高耐壓的高性能材料的制備已成為鈦酸鋇陶瓷材料研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。
　　 本研究以降低室溫電阻率和提高升阻比為目的，在還原氣氛H2下燒結(jié)高施主摻雜La的BaTiO3基PTCR陶瓷，獲得具有大晶粒尺寸、低室溫電阻率的陶瓷。之后，還原性的樣品在不同的氧分壓下及不同的溫度進(jìn)行氧化，利用SEM

2、觀察樣品表面微觀結(jié)構(gòu)的變化及利用阻溫測(cè)量儀測(cè)定了20℃～300℃阻溫特性曲線。討論了臨界摻雜濃度的成因及不同過量TiO2對(duì)陶瓷燒結(jié)的作用。探討了晶界的再氧化機(jī)理并解釋在不同的再氧化過程中，缺陷結(jié)構(gòu)的變化與晶界勢(shì)壘的形成的關(guān)系。
　　 主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 （1）從熱力學(xué)以及晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)臨界摻雜濃度進(jìn)行了理論計(jì)算和推導(dǎo)。結(jié)果表明：釋放氧所需的能量與施主離子的種類無關(guān)，因而臨界施主摻雜濃度為一定值；

3、臨界摻雜濃度時(shí)的晶粒尺寸越小，在晶粒重結(jié)晶過程中所需施主摻雜濃度就越大。
　　 （2）以（1-x）BaTiO3+1/2xLa2O3+（2+x）mol％TiO2（0.003≤x≤0.15）為配方，通過在1350℃的H2氣氛中燒結(jié)樣品，冷卻后的樣品在600℃～1100℃的空氣中進(jìn)行再氧化處理，通過測(cè)試其阻溫特性發(fā)現(xiàn)：沒有經(jīng)過再氧化處理的樣品不具有PTC效應(yīng)；在摻雜濃度確定的條件下，樣品的PTC效應(yīng)隨著氧化溫度的升高而增強(qiáng)，最大的升阻

4、比出現(xiàn)在x=0.8mol％時(shí)，其值為662。但是當(dāng)施主摻雜濃度x≥9mol％時(shí)，其樣品在600℃的再氧化溫度下就已經(jīng)絕緣。通過掃描電鏡研究了高施主摻雜鑭對(duì)于再氧化后鈦酸鋇陶瓷樣品的電阻率及微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：晶粒尺寸隨著La摻雜量的增加而變小。而La的臨界摻雜濃度與空氣中燒結(jié)相比也獲得了明顯的升高。
　　 （3）以MnO2為受主，La2O3為施主對(duì)鈦酸鋇陶瓷進(jìn)行摻雜，并對(duì)還原氣氛下燒結(jié)的樣品分別在900℃和1000℃的溫度

5、下進(jìn)行再氧化處理。研究了鑭錳共摻雜和再氧化工藝對(duì)于鈦酸鋇陶瓷阻溫特性及微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：鈦酸鋇陶瓷的阻溫特性與施主、受主的摻雜比例和燒結(jié)氣氛有關(guān)；與在空氣下燒結(jié)相比，在還原氣氛下燒結(jié)能明顯的提高施主摻雜的臨界濃度，同時(shí)隨著再氧化溫度從900℃提高到1000℃，PTC效應(yīng)明顯增強(qiáng)。BaTiO3晶粒尺寸隨著施主摻雜濃度的提高而變小。Mn離子的摻入造成鈦酸鋇晶格結(jié)構(gòu)更為緊密，阻礙了晶格內(nèi)部氧離子向外部的擴(kuò)散，導(dǎo)致了明顯的PTC效應(yīng)，最