随着科技的迅猛发展,现有PTC 材料的性能越来越不能满足人们更为严格的要求。材料的微观结构决定材料的性能,所以对PTC 材料微观结构和PTC 机理的研究就成为PTC 陶瓷材料发展的关键。目前,几乎没有资料对PTC 陶瓷的微观结构进行较为详细的报道。本课题针对这方面的不足,将微观结构和机理的研究作为工作重点而开展。首先采用柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备性能优良的PTC 粉体,然后以此为基础制备PTC 陶瓷。利用XRD、SEM、TEM、EDS 等分析测试手段,对PTC粉体和PTC 陶瓷进行了较为全面的研究。粉体制备过程种,采用柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备施主掺杂的钛酸钡粉体,对溶液的pH 值、反应中溶液的含水量、热处理温度等因素进行了分析。结果表明,在溶胶形成阶段,适合溶胶形成的pH 值区间在6.5～7.5,水量R([H₂O][Ba²⁺])的范围在70～80,合适的热处理温度为600℃,热处理时间为2h。最终可以得到蜂窝状泡沫粉体,粉体极易分散且粒径均匀,一次颗粒粒径在30nm 左右。瓷体制备过程中,Y、Mn 掺杂量分别为0.7mol%和0.06mol%时,得到室温电阻率147Ω·cm,升阻比达5 个数量级的PTC 陶瓷。发现随着施主掺杂量的增加,瓷体室温电阻呈U 形变化;受主Mn 可以大大提高了PTC 材料的电阻突变性能。通过对施主掺杂量较高的陶瓷进行研究,发现陶瓷的半导化为热力学控制的过程,而PTC 效应的形成则属于动力学控制的过程。通过对烧成过程的控制,可以调整晶界势垒。对PTC 陶瓷进行微观结构的研究,发现最佳的晶粒尺寸在15～20μm 左右;Ca 在晶体中非连续固溶,适量的Ca 可使晶粒尺寸变小,均匀性提高;杂质元素容易在晶界上偏析。此外我们发现,掺杂物不同,陶瓷晶粒、电畴的形貌也不同,掺Y 的样品电畴呈鱼骨状,掺Sr 的样品电畴呈正交网格状,具有正交网格状畴结构的陶瓷电阻起跳性好。通过能谱分析,发现陶瓷中的元素分布存在一定的规律,尤其晶界区的氧含量与晶粒内部差别最大,可以说氧在晶界势垒中具有重要的作用。