NBT摻雜對BaTiO3基PTC陶瓷顯微結構和電性能的影響.pdf

1、目前,作為發(fā)熱體材料的高居里點BaTiO3基PTC陶瓷大多含有鉛,而鉛在高溫時容易揮發(fā),這就使得陶瓷在生產(chǎn)和使用時會對人體造成損害。隨著環(huán)境問題的日益嚴重,環(huán)保問題越來越受到人們的重視,因此急需尋找一種具有高Tc、低ρRT和ρmax/ρmin的無鉛正溫度系數(shù)電阻(PTCR)陶瓷材料,從而替代目前市場上含鉛的PTCR陶瓷材料。本文通過固相法制備了三種BaTiO2基PTC陶瓷材料,并研究了摻雜對陶瓷顯微結構和電性能的影響,從而找到制備新型無

2、鉛PTCR陶瓷的方法及配方。
　　 本文采用固相法制備了BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3、BaTiO3-BiYO3與BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3-BiYO3系統(tǒng)陶瓷,結果表明:當Na0.5Bi0.5TiO3的摻雜量不超過2mol%時,通過摻雜施主Nb2O5可實現(xiàn)陶瓷試樣的半導化,且室溫電阻率小于103Ω·cm和電阻突跳幅度大于三個數(shù)量級,但居里點無法達到實際使用要求;當Na0.5Bi0.5TiO3的摻雜量

3、大于2mol%時,陶瓷樣品在空氣氣氛中燒結后室溫電阻率會超過106Ω·cm,不能滿足使用要求。因此,本文同時采用施主摻雜和還原-再氧化工藝制備BaTiO3-BiYO3與BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3-BiYO3系統(tǒng)陶瓷。這是因為在N2氣氛中燒結可以顯著減小陶瓷樣品的室溫電阻率,但PTC效應很弱,如果經(jīng)過空氣中再氧化工藝處理后,陶瓷試樣將重新獲得顯著的PTC效應。本文采用XRD、SEM、復阻抗及R-T特性等測試方法對制備的陶瓷

4、樣品進行表征,從而研究不同配方和制備工藝對陶瓷的物相、PTC性能及顯微結構的影響。
　　 為了減小陶瓷樣品ρRT,并增大其ρmax/ρmin,對BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷摻雜施主雜質(zhì)Nb2O5和受主雜質(zhì)MnCO3。通過摻雜施主雜質(zhì)Nb2O5制備半導化的BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷,并研究了Nb5+和Mn2+摻雜量和摻雜方式對BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的PTC性能和顯微結構

5、的影響。結果表明:通過對BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷進行施主摻雜Nb5+和受主摻雜Mn2+可以顯著減小陶瓷樣品ρRT和增大其ρmax/ρmin,且隨著施主雜質(zhì)Nb2O5加入量的增大,居里溫度會降低。另外,陶瓷的平均晶粒尺寸會隨著Nb5+和Mn2+加入量的增大而減小,這說明Nb5+和Mn2+會抑制陶瓷晶粒的生長,且Nb5+抑制陶瓷晶粒生長的程度比Mn2+更加顯著。
　　 為了尋找具有高Tc的陶瓷系統(tǒng),本文研究了B

6、aTiO3-BiYO3系統(tǒng)陶瓷的PTC性能。通過摻雜施主雜質(zhì)Nb2O5和還原-再氧化工藝制備了具有較低ρRT的BaTiO3-BiYO3陶瓷,并研究了BiYO3對BaTiO3基陶瓷的PTC性能及微觀結構的影響。結果表明:在BaTiO3中摻入BiYO3能使陶瓷系統(tǒng)的Tc移向高溫方向。當加入3mol%BiYO3和0.2mol%Nb2O5時,便可制備出室溫電阻率約為4000Ω·cm,Tc約為150℃,ρmax/ρmin大于103的BaTiO3基

7、PTC陶瓷。另外,陶瓷的平均晶粒尺寸會隨著BiYO3加入量的增大而減小,這說明摻雜BiYO3也會抑制陶瓷晶粒的生長。
　　 為了更大程度的提高居里點,本文還研究了同時摻雜Na0.5Bi0.5TiO3和BiYO3對BaTiO3基PTC陶瓷PTC性能和顯微結構的影響。結果表明:同時摻雜Na0.5Bi0.5TiO3和BiYO3可以將居里點從150℃進一步提高到162℃,且陶瓷的平均晶粒尺寸會隨著Na0.5Bi0.5TiO3和BiYO3