TiO2压敏陶瓷的微波烧结研究

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TiO2陶瓷具有压敏电压低、非线性系数高、介电常数大、生产工艺简单等优点,在微小型电子设备与器件领域用途广泛。然而,其非线性系数偏低、介电损耗过大、压敏电压仍需要进一步降低,将微波烧结工艺用于TiO2压敏陶瓷的制备,有望改进和提高该材料的综合性能。为此,本研究采用微波和传统两种加热方式对TiO2压坯进行烧结,比较了两种烧结样品的烧结性能、压敏非线性伏安特性和介电性能,讨论了烧结温度、掺杂剂的种类和数量对TiO2压敏陶瓷压敏性能、微观结构的影响规律,优化了性能优良、稳定性较好的TiO2压敏陶瓷最佳配方和烧结工艺。   对纯TiO2陶瓷的烧结性能和伏安特性进行了研究,结果发现:微波烧结能够实现TiO2陶瓷快速致密化,烧结温度可降低150—200℃,烧结周期仅是传统工艺的1/12—1/10,且该样品具有一定的非线性伏安特性。   研究了Ta2O5掺杂量对(Ta,Si)掺杂TiO2压敏陶瓷非线性伏安特性和介电性能的影响。结果表明:在Ta2O5掺杂量为0.05mol%-0.300mol%的范围内,样品的压敏电压随掺杂量的增加先减小后增大,在1200℃下保温20min微波烧结的含0.15mol%Ta2O5样品性能最佳,其压敏电压为13.6V/mm,非线性系数为3.9,相对介电常数为1.02x104,介电损耗为0.57,能够满足低压领域某些电路的要求。   研究了多组分掺杂TiO2压敏陶瓷的烧结性能和电性能。对于(Ta,Si,Bi)共掺杂样品,在1250℃保温20min微波烧结样品和1350℃保温2h传统烧结制备的样品性能较好,其中传统烧结样品性能最佳:压敏电压为5.8V/mm,非线性系数为2.38,相对介电常数为1.511X104,介电损耗为0.37;而(Ta,Si,Bi,Sr)共掺杂及纳米掺杂均使样品压敏性能恶化,两者相比,纳米改性的样品微波烧结后性能下降更为明显。
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