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本文对钛酸锶基陶瓷的热敏特性和介电特性进行了系统的研究,分别掺杂Y、La和SrLi1/4Nb3/4O3制备了钛酸锶铅热敏陶瓷,系统研究了烧结条件和铅含量变化对陶瓷热敏特性的影响。利用TEM、SEM、EDS等分析方法对材料的微结构进行了深入研究,明确了陶瓷显微结构与电学性能之间的关系。研究发现钛酸锶铅陶瓷具有强NTCR-PTCR复合热敏效应时,其晶界表层的铅含量低于晶粒内部,烧结中铅挥发导致晶界表层形成缺铅结构。通过添加适量PbO,在晶界—晶粒间形成浓度梯度,将抑制晶界表层缺铅相的形成,使钛酸锶铅陶瓷的室温电阻率明显下降,NTCR效应减弱,表现为典型的PTCR效应。相反,通过热处理促使晶界铅挥发,则实现了陶瓷阻温特性由PTCR型转变为NTCR-PTCR复合型。由此确立了钛酸锶铅陶瓷的复合热敏特性与晶界铅含量变化密切相关的观点,并根据缺陷化学理论对钛酸锶铅陶瓷的低阻化和NTCR-PTCR复合热敏效应的产生机理进行了深入探讨。通过控制晶界铅含量,首次采用固相合成和分段烧结,成功制备了室温电阻率低至10Ω·cm、升阻比为5个数量级的钛酸锶铅PTCR陶瓷。
对钛酸锶铅热敏陶瓷进行了掺杂改性研究。相结构分析表明掺杂SiO2引起钛酸锶铅陶瓷中铅的偏析,分析认为偏析形成铅空位是其增强NTCR效应的主要原因。研究了Li、Mn等受主掺杂对钛酸锶铅陶瓷显微结构和热敏特性的影响,复阻抗分析表明Li、Mn掺杂主要增加了陶瓷的晶界电阻,随着Li、Mn掺杂量的增加,陶瓷的室温电阻率,正、负温度系数不断增加,NTCR-PTCR复合效应逐渐增强。同时探讨了受主掺杂对钛酸锶铅陶瓷热敏特性的影响机理。
对钛酸锶铅热敏陶瓷的低温烧结技术及机理进行了研究。通常BaTiO3基PTCR陶瓷的制备温度都在1300℃以上,而采用溶胶—凝胶方法合成钛酸锶铅超细粉体,通过掺杂Li,在1050℃烧结获得了室温电阻率为1.51×102Ω·cm,升阻比超过5个数量级,正温度系数α+30为14.0%/℃的PTCR陶瓷。
此外,采用M2O3-CuO、M2O3-ZnO(M=Sm,Nd,La,Yb)等作为掺杂剂,在氧化气氛中烧结制备了高介的SrTiO3陶瓷。深入研究了SrTiO3陶瓷的显微结构、电学性能和导电机理。通过SrSnO3改性提高了SrTiO3陶瓷的热稳定性,获得了室温介电常数ε25≈4000,容温变化率满足X7R型电容器标准的陶瓷材料。