NiO-ZnO-TiO2系統(tǒng)陶瓷的電性能研究.pdf

1、當(dāng)前隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子陶瓷及其元件在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，但目前廣泛應(yīng)用的BaTiO3基正溫度系數(shù)(PTC)電阻陶瓷材料大多數(shù)含鉛。含Pb氧化物不可避免地因?yàn)楦鞣N原因流入生活環(huán)境和自然環(huán)境，從而對(duì)人體和自然環(huán)境造成危害。由于當(dāng)前各國(guó)對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，PTC材料的無鉛化已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。近年來，NiO-ZnO-TiO2系統(tǒng)PTC半導(dǎo)體陶瓷發(fā)熱體作為一種新型的無鉛PTC陶瓷材料，引起了研究者的廣泛關(guān)注。它的制造工藝十分簡(jiǎn)

2、單，而且無鉛，在溫度傳感器、加熱、控制等方面均有應(yīng)用。采用傳統(tǒng)固相法制備了NiO-ZnO-TiO2系統(tǒng)PTC陶瓷，通過密度、XRD、電阻-溫度曲線、SEM等測(cè)試方法對(duì)陶瓷樣品的結(jié)構(gòu)與PTC性能進(jìn)行了研究，旨在尋找一種新型的PTC陶瓷材料的配方和制備工藝。
　　實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)固相法，通過兩種不同的途徑分別制備出了NiO-ZnO-TiO2系統(tǒng)新型PTC陶瓷，測(cè)試結(jié)果表明:兩種途徑制備出的陶瓷樣品均表現(xiàn)出了PTC特性，說明兩種方法均可以制

3、備出具有PTC效應(yīng)的新型PTC陶瓷。
　　方法一，采用傳統(tǒng)固相法制備出xZnO-(0.95-x)NiO-0.05TiO2系統(tǒng)PTC陶瓷樣品，通過測(cè)試得出，樣品的最佳燒結(jié)溫度為1340℃;陶瓷樣品中含有ZnO、NiO和ZnTiO3三種主晶相，其不同的膨脹系數(shù)使得陶瓷樣品隨著溫度的升高出現(xiàn)明顯的PTC效應(yīng);樣品電阻率會(huì)隨著ZnO含量的增加而逐漸降低，且x=0.65時(shí)PTC效應(yīng)最優(yōu)，此時(shí)具有較高的突跳溫度(525℃)、較低的室溫電阻率(

4、966Ω.cm)。此系統(tǒng)組成的陶瓷有望成為一種新型的具有高突跳溫度、低室溫電阻率的無鉛PTC陶瓷。
　　方法二，采用傳統(tǒng)固相法合成ZnOss(Zn0.97Ni0.03O)、NiOss(Zn0.4Ni0.6O)、SP[(Zn0.5Ni0.5)2TiO4]三種固溶體，再以這三種固溶體為原料按一定的比例配料合成xZnOss-(0.875-x)NiOss-0.125SP體系陶瓷，其中，保持SP的含量不變，而改變ZnOss和NiOss的含量

5、。研究了組成和燒結(jié)溫度等因素對(duì)該系統(tǒng)陶瓷的晶型結(jié)構(gòu)、微觀形貌和PTC性能的影響。研究結(jié)果顯示:該三相系統(tǒng)陶瓷表現(xiàn)出明顯的PTC效應(yīng)，室溫電阻率低，電阻率最大值出現(xiàn)在340℃以上，這為研究制備出高突跳溫度、低室溫電阻率的無鉛PTC陶瓷指明了一個(gè)方向。該系統(tǒng)陶瓷的最佳燒結(jié)溫度為1400℃，在該溫度下，陶瓷樣品的室溫電阻率較低，突跳溫度較高但Rmax/Rmin偏小，這是由于該系統(tǒng)陶瓷的PTC效應(yīng)是以熱膨脹為基礎(chǔ)的，因此是一種遲緩型的PTC陶瓷

6、。
　　對(duì)比可知，xZnOss-(0.875-x)NiOss-0.125SP系統(tǒng)的PTC陶瓷樣品表現(xiàn)出的PTC特性要優(yōu)于xZnO-(0.95-x)NiO-0.05TiO2系統(tǒng)的PTC陶瓷，后者的PTC性能不穩(wěn)定，可重復(fù)性差。這主要是由于前者的陶瓷樣品中含有固溶體物相，該物相的存在使晶格穩(wěn)定，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生，同時(shí)，固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元。而且，形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)如電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等也產(chǎn)生了一定的影響。