施主摻雜BaTiO-,3-基陶瓷的晶界再氧化工藝的研究.pdf

1、鈦酸鋇系正溫度系數（PTCR）陶瓷材料以其獨特的電阻溫度特性而被廣泛應用于應用于電力設備、電子器件以及汽車行業(yè)等諸多領域。而具有低室溫電阻率、大升阻比、高耐壓的高性能材料的制備已成為鈦酸鋇陶瓷材料研究的熱點領域。
　　 本研究以降低室溫電阻率和提高升阻比為目的，在還原氣氛H2下燒結高施主摻雜La的BaTiO3基PTCR陶瓷，獲得具有大晶粒尺寸、低室溫電阻率的陶瓷。之后，還原性的樣品在不同的氧分壓下及不同的溫度進行氧化，利用SEM

2、觀察樣品表面微觀結構的變化及利用阻溫測量儀測定了20℃～300℃阻溫特性曲線。討論了臨界摻雜濃度的成因及不同過量TiO2對陶瓷燒結的作用。探討了晶界的再氧化機理并解釋在不同的再氧化過程中，缺陷結構的變化與晶界勢壘的形成的關系。
　　 主要內容包括以下幾個方面：
　　 （1）從熱力學以及晶體結構化學的角度出發(fā)，對臨界摻雜濃度進行了理論計算和推導。結果表明：釋放氧所需的能量與施主離子的種類無關，因而臨界施主摻雜濃度為一定值；

3、臨界摻雜濃度時的晶粒尺寸越小，在晶粒重結晶過程中所需施主摻雜濃度就越大。
　　 （2）以（1-x）BaTiO3+1/2xLa2O3+（2+x）mol％TiO2（0.003≤x≤0.15）為配方，通過在1350℃的H2氣氛中燒結樣品，冷卻后的樣品在600℃～1100℃的空氣中進行再氧化處理，通過測試其阻溫特性發(fā)現(xiàn)：沒有經過再氧化處理的樣品不具有PTC效應；在摻雜濃度確定的條件下，樣品的PTC效應隨著氧化溫度的升高而增強，最大的升阻

4、比出現(xiàn)在x=0.8mol％時，其值為662。但是當施主摻雜濃度x≥9mol％時，其樣品在600℃的再氧化溫度下就已經絕緣。通過掃描電鏡研究了高施主摻雜鑭對于再氧化后鈦酸鋇陶瓷樣品的電阻率及微觀結構的影響。結果表明：晶粒尺寸隨著La摻雜量的增加而變小。而La的臨界摻雜濃度與空氣中燒結相比也獲得了明顯的升高。
　　 （3）以MnO2為受主，La2O3為施主對鈦酸鋇陶瓷進行摻雜，并對還原氣氛下燒結的樣品分別在900℃和1000℃的溫度

5、下進行再氧化處理。研究了鑭錳共摻雜和再氧化工藝對于鈦酸鋇陶瓷阻溫特性及微觀結構的影響。結果表明：鈦酸鋇陶瓷的阻溫特性與施主、受主的摻雜比例和燒結氣氛有關；與在空氣下燒結相比，在還原氣氛下燒結能明顯的提高施主摻雜的臨界濃度，同時隨著再氧化溫度從900℃提高到1000℃，PTC效應明顯增強。BaTiO3晶粒尺寸隨著施主摻雜濃度的提高而變小。Mn離子的摻入造成鈦酸鋇晶格結構更為緊密，阻礙了晶格內部氧離子向外部的擴散，導致了明顯的PTC效應，最