0.4La1-xSrxCrO3-0.6MgAl2O4高温热敏电阻材料老化性能研究及器件研制

摘要

随着科技的进步，对能够使用于极端环境中的电子元器件有了更严格的要求，其中就包括高温NTC热敏电阻的研制。一般常用的NTC(Negative Temperature Coefficient)热敏元件主要是由Mn、Ni、Co等元素组成的尖晶石结构。但是这种材料的应用温区较窄，且烧结后材料内部缺陷分布的不均匀性使材料的电性能容易发生改变，在高温环境使用时稳定性较差。因此，探求能够在高温环境中使用并且具有良好的稳定性热敏材料成为人们的关注热点。
　　研究发现，稀土LaCrO3氧化物不但具有NTC效应，而且耐高温。因此，本文以La1-xSrxCrO3系陶瓷材料的导电机理为基础，和尖晶石结构的MgAl2O4两相复合，通过改变陶瓷粉体的制备方法、Sr2+的掺杂量和两相比例讨论对热敏陶瓷材料的相结构，微观形貌，阻温关系，导电机制的影响。主要研究结果如下：
　　(1)分别采用氧化物固相法和Pechini法制备La1-xSrxCrO3(0≤x≤0.1)系粉体材料。结合XRD确定了La1-xSrxCrO3系陶瓷热敏材料的最佳烧结温度为1600℃和1650℃。分析SEM图谱发现，陶瓷样品表面有孔洞，致密性不好，主要原因是铬在高温下易挥发造成的。Pechini法获得的陶瓷样品更为致密，这是由于Pechini法能够提高粉体材料的活性，从而提高材料的烧结性能。La1-xSrxCrO3材料的电阻率主要由Cr6+调节，其导电机理可以用小极化子跳跃电导模型解释，电导主要在Cr3+和 Cr6+离子之间传输产生的。随着Sr2+掺杂量增多，电阻率随之降低，并且材料常数和活化能与电阻率的变化趋势相同。
　　(2)采用氧化物固相法制备0.4La1-xSrxCrO3-0.6MgAl2O4(0≤x≤0.1)系复合热敏陶瓷材料。烧结方式采用常规烧结和真空烧结。获得的热敏陶瓷材料主要包括两相，分别为立方尖晶石结构的MgAl2O4相和同构于LaCrO3的正交晶系钙钛矿结构的 La1-xSrxCrO3相;SEM图谱中亮区为钙钛矿 La1-xSrxCrO3相，暗区为尖晶石MgAl2O4相,而且两相之间存在离子取代现象。真空烧结获得的样品表面没有气孔，晶粒尺寸较小，更为致密。电阻率随着Sr2+掺杂量的增多而减小，造成这一结果的原因是Sr2+含量的增加会导致Cr4+离子浓度增加。复合陶瓷材料的电导机制符合小极化子跳跃模型，主要通过 Cr3+和 Cr4+离子之间跳跃产生的。老化试验表明，真空烧结获得的样品电阻漂移率更小。
　　(3)分别采用氧化物固相法和Pechini法制备xLa0.8Sr0.2CrO3-(1-x)MgAl2O4(x=0.2,0.3,0.4)系粉体材料。复合陶瓷材料主要包含两相，其中亮区为钙钛矿结构的La0.8Sr0.2CrO3相，暗区为尖晶石结构的MgAl2O4相； MgAl2O4和La0.8Sr0.2CrO3两相之间有离子取代及相扩散现象；随着MgAl2O4相的增多，致密性得以改善；xLa0.8Sr0.2CrO3-(1-x)MgAl2O4复合陶瓷样品的电阻率随着MgAl2O4含量的增大而增大，这主要是因为MgAl2O4为绝缘相，其含量增大，相应的半导体La0.8Sr0.2CrO3量则减少，进而导致电阻率增大。其中，固相法获得的0.2La0.8Sr0.2CrO3-0.8MgAl2O4NTC热敏陶瓷材料的ρ400为423053Ω.cm， B400/800为4317K。

目录

第一章 序言

1.1 NTC热敏陶瓷材料概述

1.2 高温NTC热敏材料简介

1.3 高温NTC热敏陶瓷的表征方法

1.4 研究目的、研究思路和研究内容

第二章 La1-xSrxCrO3系热敏陶瓷材料的制备及性能研究

2.1 引言

2.2 固相法制备La1-xSrxCrO3系热敏陶瓷材料

2.3 Pechini法制备La1-xSrxCrO3系热敏陶瓷材料

2.4 本章小结

第三章 0.4La1-xSrxCrO3-0.6MgAl2O4复合陶瓷材料的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小节

第四章 xLa0.8Sr0.2CrO3-(1-x)MgAl2O4复合热敏陶瓷材料制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文主要结论

5.2 展望

参考文献

附录

致谢

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