Ni/Ti/BaTiO基复合PTC陶瓷材料的研究

摘要

BaTiO3陶瓷是是一种良好的绝缘材料，其室温电阻率高达1010～1012Ω·cm。1995年，Haayman等人发现，在BaTiO3陶瓷材料中加入微量的施主稀土元素等，会产生PTCR(正系数热敏电阻)效应，使电阻率降低到10～102Ω·cm。目前，PTCR材料使用中面临的问题是如何使材料具有更高的升阻比(Rmax/Rmin)和更低的室温电阻率，而这两者很难同时实现。 本文介绍了Ni/Ti/BaTiO3复合PTC材料的制备方法。实验采用传统的PTCR陶瓷工艺，在已有BaTiO3基PTCR陶瓷优化配方的基础上，搀杂一种金属Ni，并在此基础上再逐步加入另一种金属Ti。成型后在石墨造成的局部还原气氛下烧成，达到了降低BaTiO3基PTC陶瓷室温电阻率的目的。为保证试样具有一定的PTC效应，在烧成之后要进行氧化处理，氧化处理是在空气气氛中进行的。 本文陈述了金属Ni含量、金属Ti含量对复合材料室温电阻率和PTC特性的影响，添加物对复合材料阻温系数的影响，同时分析了保护气氛、烧成制度、氧化处理制度等工艺条件对复合材料最终性能的影响。并在分析大量实验数据的基础上优化了材料组成和工艺条件，使该复合材料的性能达到了较好的水平。 经实验研究后，可知金属Ti的引入可以在一定程度上保护Ni不被氧化，从而降低室温电阻率。而且样品中一部分Ti被氧化成TiO2，过量的TiO2导致富Ba空位的产生，有助于材料恢复PTC效应。本实验中所采用的由石墨扣烧所产生的较弱还原气氛对于提高材料的性能是有帮助的。通过实验还发现烧结温度的最佳范围是1250～1270℃。氧化处理最佳温度为800℃。在此条件下样品的室温电阻率可降至1～2Ω·cm，升阻比保持在40～50，温度系数保持10％·℃-1左右。

目录

文摘

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第一章文献综述

1.1前言

1.2 BaTiO3陶瓷的PTC效应

1.2.1概述

1.2.2晶界结构与PTC效应

1.2.3晶界第二相、晶界层与PTC效应

1.2.4氧吸附及PTC效应

1.3几种BaTiO3热敏陶瓷PTC效应的物理模型

1.3.1Heywang—Jonkey模型

1.3.2 Daniels的晶界钡缺位模型

1.3.3Desu的界面析出模型

1.4 PTC材料的电性能

1.4.1电阻—温度特性

1.4.2电压—电流特性

1.4.3电流—时间特性

1.4.4电压效应和耐压特性

1.5复相陶瓷导电性相关理论

1.5.1理想模型

1.5.2修正模型

1.5.3两相尺度比例变化时对渗流临界值的影响

1.5.4两相尺度比变化对样品电导率的影响

1.6 BaTiO3基PTCR材料室温电阻率降低途径

1.6.1原料选择

1.6.2通过施主、受主掺杂而实现BaTiO3基PTCR陶瓷的低阻化

1.6.3其他改性添加物

1.6.4不同形式添加剂

1.6.5制备工艺对低阻化的影响

1.7金属/PTC陶瓷复合材料

1.7.1金属/TTC陶瓷复合材料简介

1.7.2晶界渗流理论

1.7.3 GEM方程

1.7.4金属/PTC陶瓷复合材料的相关机理

1.7.5金属Ni的引入

1.7.6金属与PTC陶瓷复合的方法

1.8石墨造成的还原气氛

1.9课题的提出

第二章实验部分

2.1实验构想

2.2实验原料

2.3配方分析

2.4实验过程

2.4.1工艺流程图

2.4.2各工艺流程说明

2.5性能测试及数据处理

2.5.1电阻率的计算

2.5.2样品的阻温特性测定：

第三章烧成及氧化处理工艺的研究

3.1烧结气氛的影响

3.2烧结温度的影响

3.2.1烧结温度对室温电阻率的影响

3.2.2烧结温度对升阻比的影响

3.2.3烧结温度对温度系数的影响

3.2.4烧结温度对材料性能的综合影响

3.3氧化处理的影响

3.3.1氧化处理温度的确定

3.3.2氧化处理对于室温电阻率的影响

3.3.3氧化处理对于升阻比及温度系数的影响

3.3.4氧化处理对于样品性能的综合影响

第四章金属的加入对于材料性能的影响

4.1金属Ni的加入对于材料性能的影响

4.1.1金属Ni的加入量对于材料室温电阻率的影响

4.1.2金属Ni的加入量对于材料升阻比的影响

4.1.3金属Ni的加入量对于材料温度系数的影响

4.1.4金属Ni的加入量对于材料性能的综合影响

4.2金属Ni和金属Ti复合加入对于材料性能的影响

4.2.1金属Ti加入量对于材料室温电阻率的影响

4.2.2金属Ti的加入量对于材料升阻比的影响

4.2.3金属Ti的加入量对于材料温度系数的影响

4.2.4金属Ti的加入量对于材料性能的综合影响

4.3金属Ni、Ti的复合加入量对于材料性能的影响

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢