线性热敏复合陶瓷材料BaSn0.96Sb0.04O3-CoFe0.5Co1.5O4的制备及性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YenLoveRicky
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负温度系数(Negative Temperature Coefficient)热敏电阻是一类随温度升高电阻率显著降低的热敏元件,通常阻温关系呈指数型变化,在实际使用中,通常与其它元件进行补偿使其线性化,使某一温度范围内的阻-温特性呈线性,用这种方法获得的线性温区相当窄,会使热敏电阻的可靠性大大降低。  线性NTC因其阻-温特性呈线性变化,温度系数小,精度高并能够简化电路,使用起来方便可行等优点而广泛应用,具体表现为在控温时,无需调整比例;用于温度补偿时,可以满足大范围补偿的要求;用于测温时,测量结果不需要查表和绘制曲线。  为了解决在实际应用中非线性NTC所带来的问题,本文采用氧化物固相法,将 BaSn0.96Sb0.04O3与 CoFe0.5Co1.5O4复合制备(BaSn0.96Sb0.04O3)1-x-(CoFe0.5Co1.5O4)x(0.1≤x≤0.9)和(BaSn0.76Bi0.2Sb0.04O3)1-x-(CoFe0.5Co1.5O4)x(0.1≤x≤0.9)热敏陶瓷材料体系。利用X射线衍射分析(XRD)、热重-差热分析(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、阻-温特性以及老化性能等测试手段,对制备的热敏电阻材料粉体和陶瓷样品进行了分析和表征,主要研究内容与得到的结论如下:  (1)采用图相法制备BaSn0.96Sb0.04O3、CoFe0.5Co1.5O4氧化物粉体材料,通过TG/DSC分析确定了BaSn0.96Sb0.04O3粉体材料的最佳煅烧温度;进而制备(BaSn0.96Sb0.04O3)1-x-(CoFe0.5Co1.5O4)x(0.1≤x≤0.9)系列线性NTC热敏复合材料,1200℃烧结后陶瓷的XRD分析结果表明:当x=0时,陶瓷体为单一的立方钙钛矿结构,随着复合度x的增加,样品由立方钙钛矿相转变为尖晶石相。电学特性结果表明,电阻率随着CoFe0.5Co1.5O4含量的增大而增大,室温电阻率、B25/50、活化能及线性灵敏度的变化范围为1.61×105Ω·cm-1.06×106Ω·cm、389.19K-568.39K、0.034eV-0.049eV、254Ω/℃-2386Ω/℃。在0~200℃呈现良好的线性,线性误差变化范围为1.88%~16.47%。结果表明,(BaSn0.96Sb0.04O3)0.5(CoFe0.5Co1.5O4)0.5复合材料ρ25为3.1×105Ω·cm,线性误差达到1.88%,温度系数为-4.56×10-3/℃,其线性灵敏度为512Ω/℃,其线性误差最小,线性灵敏度较高,可作为一种适用于宽温区测量的线性复合热敏电阻材料。  (2)(BaSn0.96Sb0.04O3)1-x-(CoFe0.5Co1.5O4)x(0.1≤x≤0.9)系列复合陶瓷在125℃老化500h后,其电阻漂移率在1.6%-8.1%范围内。其中(BaSn0.96Sb0.04O3)0.5(CoFe0.5Co1.5O4)0.5材料体系电阻漂移率为3.4%。(BaSn0.96Sb0.04O3)0.1(CoFe0.5Co1.5O4)0.9表现出较高的热稳定性,电阻漂移率仅为1.6%。  (3)采用固相法制备了BaSn1-yBiySb0.04O3(0.1≤y≤0.5)系列热敏材料,电学特性测试表明,随着Bi含量的增加,BaSn1-yBiySb0.04O3(0.1≤y≤0.5)陶瓷的电阻率先减小后增大。其ρ25、B25/50及活化能的变化范围为207.41Ω·cm-1495.89Ω·cm、1901.47K-7411.23K、0.164eV-0.638eV。在0~100℃温度范围内,线性误差变化范围为6.12%~23.79%。结果表明,BaSn0.76Bi0.2Sb0.04O3材料体系适用于线性热敏材料,其线性误差为6.12%,ρ25为331.99Ω·cm,温度系数为-2.62×10-2/℃,其线性灵敏度为196Ω/℃,线性误差较小,线性灵敏度较高。  (4)通过将(BaSn0.76Bi0.2Sb0.04O3)1-x-(CoFe0.5Co1.5O4)x(0.1≤x≤0.9)进行复合,Bi的掺入对复合陶瓷体微观结构及电学性能影响较大,在1200℃烧结温度下,室温电阻率随CoFe0.5Co1.5O4含量的增大而增大,电阻率、材料常数B25/50及活化能的变化范围为2697.46Ω·cm-9.65×106Ω·cm、674.95K-4227.35K、0.058eV-0.364eV。复合之后在x=0.1,0.3,0.7,0.9时材料体系线性误差较小,分别为8.65%,5.17%,4.71%,4.84%。结果表明,(BaSn0.76Bi0.2Sb0.04O3)0.3(CoFe0.5Co1.5O4)0.7材料体系适用于线性热敏材料,在0~110℃温度范围内,线性误差为4.71%,其线性灵敏度为3480Ω/℃,其线性误差较小,线性灵敏度高。通过Bi元素的掺入,有效提高了其复合后材料的线性灵敏度。
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