Al2O3掺杂Ca-Ce-Ti-W-O系高温NTC热敏材料研究

摘要

近年来，随着汽车尾气催化转化器的普及，高温热敏电阻变得越来越重要。负温度系数热敏电阻（NTCR）由于具有高灵敏度、高准确度和低成本等优点而被广泛使用。目前实际使用的NTC热敏电阻材料几乎都是由Mn3O4,Co3O4和NiO等过渡金属氧化物固溶形成的尖晶石系陶瓷材料，其只适合用于300℃以下的温度测量。最近，白钨矿结构NTC热敏材料被发现有望适用于高温测温。因此，本论文细致研究了Ca-Ce-Ti-W-O系陶瓷的高温NTC特性，并获得了在25－800℃性能稳定的NTC陶瓷材料。
　　采用高温固相法制备了CaWO4-CeTi2O6陶瓷，系统研究了CeTi2O6含量对材料的相组成、微观结构、电性能以及高温稳定性的影响。经过1300℃烧结的样品在25－800℃具有良好的NTC特性，材料的主晶相为白钨矿结构CaWO4相，平均晶粒尺寸随CeTi2O6含量增加而增大，电阻率和老化系数随CeTi2O6含量增加而减小。结合XPS分析了白钨矿结构高温NTC热敏电阻具有NTC效应的作用机理，证实了Ce3+/Ce4+离子对的存在，电子在晶格中跳跃导致材料的半导化。
　　首次系统研究了掺杂高电阻相Al2O3对CaCe0.5TiWO10陶瓷的相组成、微观结构、电性能以及高温稳定性的影响。1300－1360℃烧结制备的样品均具有NTC特性，在同一烧结温度下，电阻率随Al2O3含量增加而增大，老化系数随之减小。Al2O3含量相同的样品，随着烧结温度的升高，样品的老化系数先减小后增大，在烧结温度为1340℃时达到最小值1.48－5.10％。在1340℃烧结的工艺条件下，除了主晶相白钨矿结构的CaWO4外，还生成了少量立方结构的Ca3Al2O6相。随着Al2O3含量的增加，陶瓷中的小晶粒逐渐增多，并且附着在大晶粒上，导致陶瓷的平均晶粒尺寸减小。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 高温NTC热敏电阻的发展历史

1.3 高温NTC热敏电阻的基本特性参数

1.4 高温NTC热敏电阻导电机理

1.5 高温NTC热敏电阻分类

1.6 本文研究内容

2 样品制备及分析测试方法

2.1 实验采用的原料及设备

2.2 试样制备方法

2.3 样品测试方法

3 CaWO4-xCeTi2O6高温NTC材料的制备和性能研究

3.1 引言

3.2 试验方法

3.3 结果与讨论

3.4 白钨矿结构Ca-Ce-Ti-W-O系高温NTC热敏材料导电机理

3.5 本章小结

4 Al2O3掺杂对CaCe0.5TiWO10材料显微结构和电性能的影响

4.1 引言

4.2 试验方法

4.3结果与讨论

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果