低成本厚膜发热材料及电热元件研究

发布时间：2017-09-21 10:24

  本文关键词：低成本厚膜发热材料及电热元件研究

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【摘要】：本论文针对目前传统贵金属材料厚膜发热浆料及其厚膜发热元件价格较高的问题,为了有效降低成本进行的研究。传统贵厚膜发热元件价格之所以会居高不下,是因为电阻层中使用贵金属作为功能相,因此为了有效降低成本,需要使用廉价的替代性好的低成本导电材料取代这些贵金属功能相。对功能相YBCO(YBa2Cu3O7-x)进行研究,制备YBCO材料室温下最佳的电导率为5.238×105 S/m,通过简单计算,作为厚膜发热材料使用时,电阻率约为15×103 S/m就可以满足要求,所以YBCO作为厚膜发热浆料的功能相是能够大致达到要求的;对YBCO材料的TCR系数测试表明,TCR系数呈现负温度系数;经过对样品进行XRD分析,当烧结温度为930℃时,样品中杂相最少,样品的电导率最佳。对功能相LSMO(La0.7Sr0.3MnO3)进行研究,测得室温下最佳的电导率为8.051×105 S/m,通过上文计算,电阻率约为15×103 S/m就可以满足要求,LSMO完全满足作为厚膜发热浆料的功能相的要求;对LSMO材料的TCR系数进行了测试,TCR系数呈现负温度系数,且峰值烧结温度越高的样品,电导率的热稳定性越好;对LSMO的制备工艺进行了优化研究,最适合的峰值烧结温度为1200℃,样品的电导率最佳。对功能相ZnO进行研究,测得室温下最佳的电导率较大,达到30kΩ,通过上文研究表明是由于电极与ZnO陶瓷之间存在肖特基接触而造成的,通过更换使用适配的电极,电阻率降低为0.79Ω·cm;对ZnO的制备工艺进行了优化研究,最适合的峰值烧结温度为1200℃,样品的电导率最佳。采用丝网印刷方法制备厚膜发热元件,对丝网印刷的方法工艺条件的研究表明,厚膜功能相印刷时,印刷层数为3层较为合适。对于YBCO发热电阻厚膜,最佳厚膜烧结温度为800℃,保温时间120 min,在此条件下可获得最小方阻的YBCO发热厚膜电阻,此时方阻为80.5Ω/□,电阻温度系数为-1063.857 ppm/℃。对于LSMO发热厚膜,最佳厚膜烧结温度为1100℃,保温时间为120 min,在此条件下可获得最小方阻的YBCO发热厚膜电阻,此时方阻为56.88Ω/□,电阻温度系数为-2258.59 ppm/℃。对于ZnO发热厚膜,由于要配备特殊的含Zn的电极浆料而且需要在N2气氛下烧结,成本较高,与本论文所探讨的需要低成本的初衷不符,因此本文没有对其厚膜材料进行进一步研究。对氧化铝陶瓷基片以及功能相材料进行热膨胀系数分析,分析表明氧化铝陶瓷基片热膨胀系数为7.6056×10-6/K,YBCO功能相热膨胀系数为14.4942×10-6/K,LSMO功能相热膨胀系数为13.7×10-6/K。功能相材料热膨胀系数与氧化铝陶瓷基片热膨胀系数较为接近,符合制备厚膜发热元件要求。对制备的厚膜发热元件的性能测试表明,两种材料制备的厚膜发热元件都能有效的工作。
【关键词】：YBCO LSMO Zn O 厚膜发热 丝网印刷
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34;TM54
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 厚膜发热元件概述12-17
• 1.1.1 厚膜发热元件的研究背景13-16
• 1.1.2 厚膜发热元件的性能参数16-17
• 1.2 低成本厚膜发热电阻浆料概述17-19
• 1.3 发热厚膜电阻的导电理论19-27
• 1.3.1 发热厚膜电阻的微观结构19-22
• 1.3.2 厚膜电阻导电机理的研究现状22-27
• 1.4 低成本发热厚膜的研究意义27-28
• 1.5 本论文的研究内容28-30
• 第二章 实验研究及分析测试方法30-39
• 2.1 实验用主要原料及设备30-31
• 2.1.1 实验用主要原料30
• 2.1.2 主要实验设备30-31
• 2.2 主要实验分析方法31-35
• 2.2.1 XRD分析31-32
• 2.2.2 电导率分析32-34
• 2.2.3 电阻-温度系数分析34
• 2.2.4 SEM分析34-35
• 2.3 电阻浆料的制备35-37
• 2.3.1 功能相制备35-36
• 2.3.2 有机载体的制备36-37
• 2.4 厚膜发热元件的制备与性能表征37-38
• 2.5 厚膜电阻的性能表征38-39
• 第三章 低成本厚膜功能相制备研究39-53
• 3.1 YBCO功能相研究39-44
• 3.1.1 YBCO的导电机理39-40
• 3.1.2 YBCO的电导率研究40
• 3.1.3 测试样品制备40-42
• 3.1.4 测试结果分析42-43
• 3.1.5 电阻温度系数分析43-44
• 3.1.6 XRD研究44
• 3.2 LSMO功能相研究44-48
• 3.2.1 LSMO导电机理研究44-45
• 3.2.2 LSMO电导率研究45-47
• 3.2.3 测试结果分析47
• 3.2.4 电阻温度系数研究47-48
• 3.3 ZnO功能相研究48-52
• 3.3.1 ZnO的导电机理48-50
• 3.3.2 ZnO电导率研究50-51
• 3.3.3 ZnO的电导率研究51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 厚膜发热元件研究53-69
• 4.1 丝网印刷制备厚膜研究54-56
• 4.1.1 丝网印刷原理54
• 4.1.2 丝网印刷的技术参数54-56
• 4.1.3 发热厚膜制备工艺流程56
• 4.2 功能相材料及陶瓷基片的热膨胀系数研究56-59
• 4.2.1 陶瓷基片热膨胀系数研究56-58
• 4.2.2 YBCO热膨胀系数分析58
• 4.2.3 LSMO热膨胀系数研究58-59
• 4.3 YBCO发热厚膜的性能研究59-63
• 4.3.1 YBCO厚膜发热层的电导率研究59-61
• 4.3.2 YBCO厚膜发热层的TCR研究61-62
• 4.3.3 YBCO厚膜电阻的SEM分析62-63
• 4.4 LSMO发热厚膜的性能研究63-65
• 4.4.1 LSMO厚膜发热层的电导率研究63
• 4.4.2 LSMO厚膜发热层的TCR研究63-64
• 4.4.3 LSMO厚膜电阻的SEM分析64-65
• 4.5 厚膜发热元件的测试65-67
• 4.5.1 YBCO厚膜发热元件测试66
• 4.5.2 LSMO厚膜发热元件测试66-67
• 4.6 本章小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻硕期间取得的研究成果76-77

【参考文献】

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1 韩国静;大幅面丝网印刷机的结构分析与优化[D];西安理工大学;2010年

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本文编号：893944