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本文采用符合正电子湮没寿命谱和Doppler展宽谱仪研究了不同施主掺杂和烧结温度对BaTiO,基PTC材料的微观缺陷及电性能的研究,采用SEM和XRD对PTC陶瓷材料的微观组织结构进行了研究。实验结果表明:
(1)当样品中掺杂Y2O3的量在0.26mol%左右时,并在1360℃下烧结1h,其电阻率最低,升阻比最高。
(2)实验发现,试样的PTC效应与烧结温度和时间有关。试样在1350℃保温1h的PTC效应较1360℃保温1h时明显;试样在1350℃保温1h的PTC效应较0.5h时明显。
(3)在BaTiO3基PTC材料中掺入SiO2对基体的主晶相几乎没有变化,但XRD的结果表明,该样品衍射峰的强度约是未掺入SiO2样品的2倍。SiO2作为烧结助剂可以抑制晶粒的长大,使晶粒细而均匀,降低样品的电阻率。
(4)正电子湮没寿命谱测量结果表明,对掺入Nb2O5的样品,其正电子平均寿命τ随着掺入Nb2O5含量的增加而呈现先降低后升高再降低的变化。
(5)掺杂Nb2O5样品的正电子湮没辐射Doppler展宽实验结果表明:随着Nb2O5含量的增加,商谱的谱峰先逐渐升高,后逐渐降低。当施主Nb2O5量x≤0.2mol%时电子补偿起主要作用;当施主Nb2O5量0.2mol%≤x≤0.3mol%时空穴补偿起主要作用。
(6)样品中的微观缺陷与时效温度和时间紧密相关。符合正电子湮没辐射Doppler展宽实验结果表明:当时效温度为1200℃时间为2h的条件下,样品商谱的谱峰最高;在炉冷条件下,样品商谱谱峰最低。因为前者形成了大量的钡空位,钡空位引起的高阻层φ2起主要作用;后者表面层势垒φ1和φ2共同起作用。
(7)含CaCO3的PTC样品,其晶粒比较均匀。随着PTC样品中CaCO3量的增加,电阻率ρ25降低,αT和ρmax/ρmin的值增大。
(8)在PTC样品中同时掺入Y2O3和Nb2O5,当Y2O3含量在0.11mol%~0.13mol%范围内,Nb2O5含量在0.07mol%~0.09mol%范围内,样品具有较好的PTC效应,即样品的电阻率ρ25较低,而αT和ρmax/ρmin的值较大。