学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

液相掺杂BaTiO_3基PTC陶瓷材料的制备、表征及电性能研究

作　者: 啜艳明
导　师: 丁士文
学　校: 河北大学
专　业: 无机化学
关键词: 钛酸钡 PTCR 液相掺杂 低温固态反应 烧结条件
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 63次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


钛酸钡是制备电子陶瓷元器件的基础母料,是典型的钙钛矿结构（ABO3）材料,具有优良的介电、压电,光电和绝缘性能,纯的BaTiO3陶瓷是一种良好的绝缘材料,其室温电阻率高达1010-1012Ω·m。1950年,Haayman等人发现,在BaTiO3陶瓷材料中加入微量的稀土元素,其室温电阻率会大幅度下降而成为半导体陶瓷,并且当温度上升到它的居里温度Tc=120℃左右时,其电阻率急剧上升,变化达5～8个数量级,这种特性称之为PTC （ positive temperature coefficient ）效应。BaTiO3基PTC陶瓷材料具有的阻温特性、电流时间特性等,使其成为一种重要的基础控制元件,迄今在电子信息、家电、自动化控制、生物、能源及其它各个领域（包括军用和航天设备）正在获得广泛的应用。近些年对BaTiO3进行掺杂改性得到了广大科技工作者的广泛关注,通过对其进行施受主共掺杂,可以使钛酸钡基PTC材料具有较低的室温电阻、较高的升阻比,大大改善了材料的PTC效应。本实验室采用低温固态反应法,选取TiCl4、Ba（OH）2·8H2O、Sr（OH）2·8H2O、NH3·H2O等为基本原料,以Y、Nb、Nd和Mn分别作为施受主元素通过液相反应以离子的形式掺入,在反应过程中加入AST（SiO2,Al2O3,TiO2）烧结助剂,对BaTiO3基PTC陶瓷的性能进行了系统研究。该实验工艺简单,反应时间短,能耗低,减少了由中间步骤及高温煅烧而引起的粉体团聚及化学成分的不均匀性。烧结助剂的加入,提高了材料的半导化程度,降低了烧结温度,通过选择合适的烧结程序,得到了性能优良的PTC电阻材料。产品经XRD分析测试,纳米粉体为立方晶系,掺杂粉体的衍射峰与纯相钛酸钡粉体衍射峰一致,没有杂质峰出现。经TEM透射电镜形貌分析,制备所得到的粉体为均匀球形,粒子粒径为40-60nm。实验过程中,通过控制施、受主元素的用量,有效的降低了PTC材料的室温电阻,增大了材料的正温度系数,提高了材料的升阻比。通过实验确定出了各个体系施受主元素的最佳掺杂用量。当Nb和Mn的掺杂量分别为0.3%和0.04%时,得到了室温电阻29.6Ω,升阻比1.3×105、正电阻温度系数α为19.3%·/oC的性质优良的PTC陶瓷材料。Y,Nb双施主掺杂可以更有效的降低室温电阻,当Y和Nb的用量分别为0.2mol%和0.18mol%,Mn的用量为0.04mol%时,制备出了室温电阻17.6Ω、升阻比6.5×104、正电阻温度系数为18.6 %·/oC的性能优异的PTCR电阻材料。当Nb的用量为0.28%,Nd的用量为0.32%,Mn的用量为0.04mol%时,得到了室温电阻28.7?、升阻比2.3×105,正电阻温度系数为19.8 %·/oC的优良PTC材料。对于钛酸钡陶瓷的烧结,采用程序可控式无压氧化烧结的方法,通过对所得样品的电性能进行测试,不断的调整烧结程序,优化各阶段的烧结温度和保温时间,最终确立了各个体系的最佳烧结程序,同时我们也对C还原气氛烧结的样品做了测试对比,研究表明,无压氧化烧结的样品,在最佳烧成温度下,样品成瓷性较好,PTC效应良好;不同温区适当的保温,有助于晶粒半导化,但是保温时间过长,也会影响材料的室温电阻和PTC效应;C还原气氛下烧结所得到的材料,瓷体的室温电阻较低,但是升阻比也较小,PTC效应不理想。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-26
  1.1 引言  12
  1.2 PTC 效应机理及发展进程  12-17
    1.2.1 Heywang 的晶界势垒模型  13-14
    1.2.2 Jonker 的铁电补偿模型  14-15
    1.2.3 Daniels 的钡空位模型  15-16
    1.2.4 Desu 的界面析出模型  16-17
  1.3 PTC 材料的特性及应用  17-19
    1.3.1 电阻—温度特性及应用  17-18
    1.3.2 电压—电流特性及其应用  18
    1.3.3 电流—时间特性及应用  18
    1.3.4 PTC 材料的耐电压特性及应用  18-19
  1.4 BaTi0_3 基PTC 材料的研究进展  19-25
    1.4.1 BaTi0_3 的掺杂改性研究  19-21
    1.4.2 PTC 材料的合成方法研究  21-23
    1.4.3 BaTi0_3 基PTC 材料的烧结工艺研究  23-25
  1.5 本课题的研究的目的及主要内容  25-26
第2章 液相Nb 掺杂钛酸钡基PTC 材料的制备及电性能研究  26-36
  2.1 引言  26-27
  2.2 实验  27-29
    2.2.1 主要的试剂与仪器  27
    2.2.2 Nb 掺杂BaTi0_3 固溶粉体体的制备  27
    2.2.3 PTC 陶瓷的制备及性能测试  27-28
    2.2.4 陶瓷坯片的排胶  28
    2.2.5 陶瓷坯片烧结  28
    2.2.6 陶瓷片的被电极  28-29
    2.2.7 陶瓷片的R—T 性能测试  29
  2.3 结果与讨论  29-35
    2.3.1 样品粉体的XRD 物相分析  29-30
    2.3.2 陶瓷粉体的TEM 形貌分析  30-31
    2.3.3 掺杂元素对PTCR 材料性能的影响  31-34
    2.3.4 烧结工艺对材料性能的影响  34-35
  2.4 结论  35-36
第3章 液相Y、Nb 共掺杂BaTi0_3基PTCR 的制备和表征  36-43
  3.1 引言  36-37
  3.2 实验  37
    3.2.1 主要的试剂以及仪器  37
    3.2.2 Y、Nb 双施主掺杂BaTi0_3 粉体的制备  37
    3.2.3 陶瓷粉体的制陶实验  37
  3.3 结果与讨论  37-42
    3.3.1 样品的XRD 测试分析  37-38
    3.3.2 样品的TEM 形貌分析  38-39
    3.3.3 双施主Nb、Y 掺杂对材料室温电阻的影响  39-41
    3.3.4 不同烧结温度下的样品的电性能测试  41-42
  3.4 结论  42-43
第4章 液相Nd、Nb 共掺杂BaTi0_3基PTCR 的制备和表征  43-52
  4.1 引言  43-44
  4.2 实验  44-45
    4.2.1 仪器与试剂  44
    4.2.2 Nd、Nb 双施主共掺杂BaTi0_3 粉体的制备  44
    4.2.3 制陶过程及性能测试  44-45
  4.3 结果与讨论  45-51
    4.3.1 粉体XRD 物相分析  45
    4.3.2 样品的TEM 形貌分析  45-46
    4.3.3 Nb、Nd 共掺杂对材料性能的影响  46-48
    4.3.4 烧结工艺对陶瓷材料性能的影响  48-51
  4.4 结论  51-52
第5章 结论  52-53
参考文献  53-58
致谢  58-59
攻读学位期间取得的科研成果  59

相似论文

  1. 钛酸钡基NTC热敏陶瓷电阻的制备与研究,TQ174.1
  2. 多层片式PTCR材料配比与还原-再氧化工艺研究,TN605
  3. Ni电极浆料性能的研究及在叠层片式PTCR中的应用,TN04
  4. 低温固态反应法制备纳米BaTiO_3基介电材料及其性能,O614.233
  5. 高介高稳定性的Y5P陶瓷电容器,TQ174.1
  6. 钛酸钡基无铅压电陶瓷压电性能的研究,TM282
  7. 液相掺杂BaTiO_3基PTC瓷粉的制备及性能研究,TM28
  8. 氧化铜掺杂、二氧化钛原料及制备工艺对钛酸钡压电陶瓷性能的影响,TM282
  9. 含铋无铅钛酸钡基PTC陶瓷材料的研究,TM283
  10. 功能性聚丙烯基纳米复合材料的研究,TB383.1
  11. 四钛酸钡/硅树脂复合材料的制备及其介电性能研究,TM215.92
  12. 纳米BT/PVDF复合材料的研究,TB332
  13. 钛酸钡/聚偏氟乙烯高介电常数复合薄膜的制备与性能研究,O484.1
  14. 甩胶喷雾热分解方法制备BaTiO_3薄膜及其介电性能研究,O484.1
  15. 聚苯胺复合纳米粒子电流变液的制备及性能研究,TB383.1
  16. 基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备,TB383.3
  17. 电活性生物骨修复复合材料（BT-HA）/PVDF的制备和性能研究,TB33
  18. 低温固态反应制备Ba_（1-y）Sr_yTi_（1-x）Zr_xO_3及其介电性能研究,TB383.1
  19. 宽带CO_2激光制备BaTiO_3陶瓷的研究,TQ174.6
  20. 中温烧结钛酸钡基X8R陶瓷研究,TQ174.1
  21. 钐改性钛酸钡导电粉的制备及其扩渗机制,O611.4

中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 生产过程与设备
© 2012 www.xueweilunwen.com