钛酸钡基ptc陶瓷的微观结构及ptc机理研究

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1、摘要随着科技的迅猛发展，现有PTC材料的性能越来越不能满足人们更为严格的要求。材料的微观结构决定材料的性能，所以对PTC材料微观结构和PTC机理的研究就成为PTC陶瓷材料发展的关键。目前，几乎没有资料对PTC陶瓷的微观结构进行较为详细的报道。本课题针对这方面的不足，将微观结构和机理的研究作为工作重点而丌展。首先采用柠檬酸盐溶胶一凝胶法制备性能优良的PTC粉体，然后以此为基础制备PTC陶瓷。利用XRD、SEM、TEM、EDS等分析测试手段，对PTC粉体和PTC陶瓷进行了较为全面的研究。粉体制各过程种，采用柠檬酸盐溶胶．凝胶法制备施主掺杂的钛酸钡粉体，对溶液的pH值、反应巾溶液的

2、含水量、热处理温度等因素进行了分析。结果表明，在溶胶形成阶段，适合溶胶形成的pH值区划在6．5～7．5，水量R([H20][Ba”])的范围在70～80，合适的热处理温度为600℃，热处理时间为2h。最终可以得到蜂窝状泡沫粉体，粉体极易分散且粒径均匀，一次颗粒粒径在30nto左右。瓷体制备过程中，Y、Mn掺杂量分别为O．7m01％和O．06m01％时，得到室温电阻率147Q-cm，升阻比达5个数量级的PTC陶瓷。发现随着施主掺杂量的增加，瓷体室温电阻呈u形变化：受主Mn可以大大提高了PTC材料的电阻突变性能。通过对施主掺杂量较高的陶瓷进行研究，发现陶瓷的半导化为热力学控制的过

3、程，而PTC效应的形成则属于动力学控制的过程。通过对烧成过程的控制，可以调整晶界势垒。刈PTC陶瓷进行微观结构的研究，发现最佳的晶粒尺寸在15～20um左右：Ca在晶体中非连续围溶，适量的Ca可使晶粒尺寸变小，均匀性提高；杂质元素容易在晶界上偏析。此外我们发现，掺杂物不同，陶瓷晶粒、电畴的形貌也不同，掺Y的样品电畴呈龟骨状，掺Sr的样品电畴呈正交网格状，具有J卜交网格状畴结构的陶瓷}_乜l阻起跳性好。通过能谱分析，发现陶瓷中的元素分布存在一定的规律，尤其晶界区的氧含量与品粒内部差别最大，可以说氧在晶界势垒中具有重要的作用。图【40l表【10】参【86]关键词：PTC；溶胶．凝

4、胶法；微观结构：氧吸附模型分类号：TQl74河北理工大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology，thePTCmaterialsavailablenowadaysbacomen101．eandmoreunsatisfiedfortherigidrequiresofthepeople。Themicrostmctureofthematerialdeterminesitsperformance．SothestudyonmicrostruetureofPTCmaterialandPTCmechanismbe

5、comethekeytoceramicmaterialdevelopment．Atpresent，therearenotcomparativelydetailedreportscarriedontostudythemicrostructureofthePTCceramics．Thissubjectislaunchedforthedeficienciesofthisaspect，makethemicrostructureandmechanismthefocalpointofthework．Atfirst，thePTCpowderwaspreparedbycitratesol—g

6、elmethod，thenthePTCceramicswaspreparedonthisbase，duringtheseprocedurestheP’FCpowderandceramicswerestudiedoverallbymeansofXRD，SEM，。FEM，EDS，etc，Thecitrateso／一gelmethodWaSusedinthepreparationofdonordopedBaTi03powder,andthepHvalueinsolution；thewatercontent；heattreatmenttemperature，etc．wereanaly

7、sed．ResultindicatethatinthesolformstagethesuitablepHin6．5·7．5，therangeofwaterR([H20I[BaZ+])in70～80，thesuitableheattreatmenttemperatureis600"C，heattreatmenttimeis2h．Finallythepowderabtainedisinformsofcellularfoam，andcanbeseparatedeasilyintoevensize，thefir