低阻过流保护用PTC材料的研究

发布时间：2017-08-05 19:21

  本文关键词：低阻过流保护用PTC材料的研究

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【摘要】：BaTiO_3基PTC热敏陶瓷以其独特的电阻温度特性和伏安特性使其具备优良的过电流保护功能,PTC热敏元件作为过流保护元件已广泛应用于家用电器、汽车电子、移动通讯、航天航空等领域。本工作的目的是研制具有较低室温电阻率、较高电阻温度系数和较高耐电压强度的过流保护用PTC热敏陶瓷材料。本文采用固相反应法制备BaTiO_3基热敏陶瓷,研究了施主掺杂、受主掺杂、Ba/Ti比及Al_2O_3对样品的微观结构和电学性能的影响。通过调整配方,制备出室温电阻率为27.61Ω?cm,升阻比为5.05,耐电压强度为370.7V/mm的低阻高性能过流保护用PTC热敏陶瓷材料。本文首先研究了Y_2O_3、Sm_2O_3施主掺杂量对Ba TiO_3基陶瓷性能的影响,研究结果显示,当掺杂量在0.5~1.0mol%范围,Y_2O_3和Sm_2O_3掺杂具有类似效果:随着掺杂量的增加,样品的晶粒平均粒径减小,晶粒大小趋于均匀,室温电阻率呈现U型变化趋势,即先减小后增大,其中Y_2O_3具有较宽的低电阻率掺杂范围(0.6~0.8mol%),而Sm_2O_3的低电阻率掺杂范围较窄。在确定较佳施主掺杂量的基础上,研究了受主掺杂剂Mn(NO_3)2的掺杂量对材料电性能的影响。当掺杂量在0.02~0.06mol%范围,随着Mn(NO_3)2掺杂量的增加,样品的晶粒平均粒径增大,室温电阻率、电阻温度系数和耐电压强度都随之提高,但当Mn(NO_3)2掺杂量大于0.05mol%时,样品的室温电阻率急剧升高。本文同时研究了Ba/Ti比对BaTiO_3基陶瓷性能的影响,研究结果显示,当TiO2过量0.2~0.6mol%时,随着TiO2含量的增加,样品的晶粒平均粒径减小,晶粒大小趋于均匀,室温电阻率、电阻温度系数均随之提高。本文还研究了Al_2O_3对材料电性能的影响,研究结果显示,少量掺杂Al_2O_3可使样品的晶粒平均粒径增大,室温电阻率降低。但过量添加会使样品的电阻温度系数和耐电压强度也降低。
【关键词】：PTC材料 钛酸钡 低室温电阻率
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 PTC材料简介11
• 1.2 PTC材料的分类11-12
• 1.3 钛酸钡基PTC热敏陶瓷材料的理论模型12-13
• 1.4 掺杂对钛酸钡基PTC热敏电阻的影响13-18
• 1.4.1 移峰剂对钛酸钡基PTC热敏电阻的影响14
• 1.4.2 施主掺杂对钛酸钡基PTC热敏电阻的影响14-16
• 1.4.3 受主掺杂对钛酸钡基PTC热敏电阻的影响16-17
• 1.4.4 其他掺杂物对钛酸钡基PTC热敏电阻的影响17-18
• 1.5 烧结工艺对PTC热敏电阻的影响18-19
• 1.6 气氛热处理对PTC热敏电阻的影响19-21
• 1.7 本文的研究背景和内容21-23
• 第二章 BaTiO_3基PTC热敏陶瓷的制备过程和测试方法23-28
• 2.1 实验仪器设备及原材料23-24
• 2.2 实验样品的制备过程24-26
• 2.3 实验样品的测试与表征26-28
• 2.3.1 电性能参数测试26-27
• 2.3.2 样品微观形貌分析27
• 2.3.3 复阻抗谱分析27-28
• 第三章 BaTiO_3基PTC热敏陶瓷材料的施主掺杂研究28-48
• 3.1 前言28
• 3.2 Y掺杂对BaTiO_3基PTC热敏电阻性能的影响28-38
• 3.2.1 Y掺杂对样品的微观结构的影响28-30
• 3.2.2 Y掺杂样品的电阻温度特性30-32
• 3.2.3 Y掺杂对样品电性能的影响32-34
• 3.2.4 Y掺杂样品的复阻抗谱分析34-38
• 3.3 Sm掺杂对BaTiO_3基PTC热敏电阻性能的影响38-47
• 3.3.1 Sm掺杂对样品的微观结构的影响38-40
• 3.3.2 Sm掺杂样品的电阻温度特性40-41
• 3.3.3 Sm掺杂对样品电性能的影响41-44
• 3.3.4 Sm掺杂样品的复阻抗谱分析44-47
• 3.4 本章总结47-48
• 第四章 BaTiO_3基PTC热敏陶瓷材料的受主掺杂研究48-58
• 4.1 前言48
• 4.2 Mn掺杂对BaTiO_3基PTC热敏电阻性能的影响48-57
• 4.2.1 Mn掺杂对样品的微观结构的影响48-50
• 4.2.2 Mn掺杂样品的电阻温度特性50-52
• 4.2.3 Mn掺杂对样品电性能的影响52-54
• 4.2.4 Mn掺杂样品的复阻抗分析54-57
• 4.3 本章总结57-58
• 第五章 Ba/Ti比对BaTiO_3基PTC热敏电阻性能的影响58-67
• 5.1 前言58
• 5.2 Ba/Ti比对BaTiO_3基PTC热敏电阻性能的影响58-66
• 5.2.1 不同Ti含量样品的微观结构59-60
• 5.2.2 不同Ti含量样品的电阻温度特性60-62
• 5.2.3 Ti含量对样品电性能的影响62-63
• 5.2.4 不同Ti含量样品的复阻抗分析63-66
• 5.3 本章总结66-67
• 第六章 Al_2O_3对BaTiO_3基PTC热敏电阻性能的影响67-80
• 6.1 前言67-68
• 6.2 Al_2O_3对BaTiO_3基PTC热敏电阻性能的影响68-78
• 6.2.1 Al_2O_3对样品的微观结构的影响68-69
• 6.2.2 不同Al_2O_3含量样品的电阻温度特性69-72
• 6.2.3 Al_2O_3对样品电性能的影响72-74
• 6.2.4 不同Al_2O_3含量样品的复阻抗分析74-78
• 6.3 本章总结78-80
• 全文总结80-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果87-88
• 致谢88-89
• 附件89

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本文编号：626531