钛酸钡基微晶热敏陶瓷材料制备及其结构与性能研究

摘要

钛酸钡基热敏半导体陶瓷具有良好的PTC效应和居里温度可灵活调整等优点，广泛应用于电子通信、计算机、汽车工业、家用电器、高铁等行业。随着电子技术的快速发展，电子元器件向着小型化、集成化、高功率的趋势发展。这对热敏陶瓷也提出了更高的要求，传统的热敏陶瓷面临着难以小型化，耐电压和抗大电流性能差等问题，减小钛酸钡基热敏半导体陶瓷的晶粒尺寸是解决这些问题的有效途径。为了减小晶粒尺寸，本文以碳酸钡和二氧化钛作为原料，深入研究了杂质和工艺对钛酸钡基热敏半导体陶瓷的电学性能和微观结构的影响。主要研究如下：
　　研究了钛酸钡基陶瓷材料的半导化机理，发现施主掺杂是钛酸钡基陶瓷材料半导化的关键因素，一定范围内随着施主含量的增加，陶瓷的晶粒尺寸随之减小，室温电阻率迅速上升。做交流阻抗谱分析发现陶瓷材料的电阻由晶粒电阻和晶界电阻共同组成，晶界电阻起主导作用。此外研究了受主、居里点移动剂、Ca、液相对钛酸钡基热敏半导体陶瓷的作用机理，发现适量的受主掺杂可以明显提高陶瓷材料的PTC效应，居里点移动剂不仅可以改变陶瓷材料的居里温度还对其微观结构产生很大影响，适量的 Ca和液相可以使陶瓷材料的晶粒生长细小、均匀、致密。通过研究这些杂质对钛酸钡基热敏半导体陶瓷的性能影响，确定各杂质合适的掺杂量，得到最佳配方。
　　在最佳配方的基础上，研究了预烧温度、烧结温度、保温时间对钛酸钡基热敏半导体陶瓷电学性能和微观结构的影响。发现高预烧温度会减小陶瓷材料的晶粒尺寸，高烧结温度和长保温时间会增大陶瓷材料的晶粒尺寸，同时对电学性能也有很大的影响。通过实验选取了最佳预烧温度和烧结曲线。
　　通过对杂质和工艺的研究，制备了具有良好的微观结构和电学性能的钛酸钡基微晶热敏陶瓷，其室温电阻率约为104Ω·㎝，居里温度约180℃，升阻比约3个数量级,平均晶粒尺寸约为4μm。

目录

声明

1绪论

1.1钛酸钡基微晶热敏陶瓷材料的应用

1.2国内外研究概况

1.3 本文的主要研究内容及文章架构

2主要研究方法

2.1实验材料及设备

2.2制备工艺简介

2.3性能测试

3钛酸钡基陶瓷材料的半导化研究

3.1钛酸钡基陶瓷材料的半导化实验

3.2 阻抗谱测试

3.3 钛酸钡基陶瓷材料的半导化机理

3.4 本章小结

4 钛酸钡基热敏半导体陶瓷材料的微晶化研究

4.1居里点移动剂

4.2 Ca掺杂

4.3液相掺杂

4.4受主掺杂

4.5本章小结

5 钛酸钡基微晶热敏陶瓷制备工艺研究

5.1预烧工艺对钛酸钡基微晶热敏陶瓷性能的影响

5.2烧结工艺对钛酸钡基微晶热敏陶瓷性能的影响

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献