NiO-ZnO-TiO2系统陶瓷的电性能研究.pdf

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1、论文题目：潢压科技大学NiO．ZnO．Ti02系统陶瓷的电性能研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：宗滕腾导师：蒲永平教授2014年5月INVESTIGATIONOFELECTRICALPRoPERTIESoFNi0．ZnO-Ti02SYSTEMCERAMICSAThesisSubmittedtoShanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementforthe。Degree

2、ofMasterof．E．．．．n．．．g．．．i．n．．．e．．．e．．．r．．i．．n．．．a．．．．S．．．．c．．i．．e．．n．．．c．．．e．ThesisSupervisor：Professor．Y．．．o．．．n．．．．g．．．o．．．i．n．．．a．．．．．P．．．．u．．May，2014NiO．ZnO．Ti02系统陶瓷的电性能研究摘要当前随着高新技术的迅猛发展，电子陶瓷及其元件在各个领域的应用日益广泛，但目前广泛应用的BaTiO，基正温度系数(PTC)电阻陶瓷材料大多数含铅。含Pb氧化物不

3、可避免地因为各种原因流入生活环境和自然环境，从而对人体和自然环境造成危害。由于当前各国对环保要求的不断提高，PTC材料的无铅化已经成为一种必然趋势。近年来，NiO．ZnO．TiO，系统PTC半导体陶瓷发热体作为一种新型的无铅PTC陶瓷材料，引起了研究者的广泛关注。它的制造工艺十分简单，而且无铅，在温度传感器、加热、控制等方面均有应用。采用传统固相法制备了NiO-ZnO—TiO，系统PTC陶瓷，通过密度、XRD、电阻．温度曲线、SEM等测试方法对陶瓷样品的结构与PTC性能进行了研究，旨在寻找一种新型的PTC陶

4、瓷材料的配方和制备工艺。实验采用传统固相法，通过两种不同的途径分别制备出了NiO-ZnO—TiO，系统新型PTC陶瓷，测试结果表明：两种途径制备出的陶瓷样品均表现出了PTC特性，说明两种方法均可以制备出具有PTC效应的新型PTC陶瓷。方法一，采用传统固相法制备出xZnO．(0．95-x)NiO一0．05Ti02系统PTC陶瓷样品，通过测试得出，样品的最佳烧结温度为1340℃；陶瓷样品中含有ZnO、NiO和ZnTi03三神主晶相，其不同的膨胀系数使得陶瓷样品随着温度的升高出现明显的PTC效应；样品电阻率会随着

5、ZnO含量的增加而逐渐降低，且x=0。65时PTC效应最优，此时具有较高的突跳温度(525。C)、较低的室温电阻率(966Q．cm)。此系统组成的陶瓷有望成为一种新型的具有高突跳温度、低室温电阻率的无铅PTC陶瓷。方法二，采用传统固相法合成ZnO。。(Zno们Nio-030)、NiO。。(Zno．4Nio．60)、sv[(Zno．5Nio．5)2Ti04]三种固溶体，再以这三种固溶体为原料按一定的比例配料合成xZnOss-(O．875-x)NiO。。．0．125SP体系陶瓷，其中，保持SP的含量不变，而改变

6、ZnO。。和NiO。。的含量。研究了组成和烧结温度等因素对该系统陶瓷的晶型结构、微观形貌和PTC性能的影响。研究结果显示：该三相系统陶瓷表现出明显的PTC效应，室温电阻率低，电阻率最大值出现在340℃以上，这为研究制备出高突跳温度、低室温电阻率的无铅PTC陶瓷指明了一个方向。该系统陶瓷的最佳烧结温度为1400℃，在该温度下，陶瓷样品的室温电阻率较低，突跳温度较高但R一瓜min偏小，这是由于该系统陶瓷的PTC效应是以热膨胀为基础的，因此是一种迟缓型的PTC陶瓷。对比可知，xZnO时(0．875-x)NiOss

7、-0．125SP系统的PTC陶瓷样品表现出的PTC特性要优于xZnO．(O．95-x)NiO一0．05Ti02系统的PTC陶瓷，后者的PTC性能不稳定，可重复性差。这主要是由于前者的陶瓷样品中含有固溶体物相，该物相的存在使晶格稳定，阻止某些晶型转变的发生，同时，固溶体的强度与硬度往往高于各组元。而且，形成固溶体后对材料物理性质如电学、热学、磁学等也产生了一定的影响。一．研究发现：PTC陶瓷样品的组分含量的变化以及烧结温度的不同也会对其P．TC性能产生严重的影响，选择最优的组分，以及最佳烧结温度是合成该系统陶

8、瓷的关键。电极的选择也对PTC陶瓷的PTC特性会产生较大的影响。这主要是由于金属电极与半导瓷接触会产生非欧姆接触，进而影响陶瓷样品的电阻率。因此，PTC陶瓷样品进行测试时首选铟一镓电极，在达不到测试温度的情况下，选择被铝电极，以保证测试结果最接近实际值。关键词：正温度系数，NiO—ZnO—Ti02系统，室温电阻率，突跳温度IIINVESTIGATIoNoFELECTIUCALPRoPERTIESoFNi0I-Zn