BNT掺杂钛酸钡基热敏陶瓷材料及其还原再氧化片式制备技术研究

发布时间：2021-04-13 08:33

　　钛酸钡（以下简称BTO）基正温度系数热敏陶瓷是一种对温度变化极为敏感的基础电子元件。当温度上升到居里点以上时,热敏陶瓷的电阻会快速跳变到室温电阻的10³¹0⁸倍。经多年的研究和发展,BTO基热敏陶瓷已被用作热敏元件、自调节加热元件、限流元件等基础电子元件,每年创造数十亿元的产值。固然这些年来,国内热敏陶瓷行业发展迅速,已经度过从无到有、从小到大的发展阶段,但目前基于已有的生产工艺和材料配方所制备的热敏陶瓷材料的性能仍难以令人满意,高性能热敏陶瓷材料的研发生产与高速发展的现实需求仍存在一定差距。尤其是在片式热敏元件的生产和研发中,综合性能较低（主要指较高的室温电阻率和较低的温度系数）的问题亟待研究人员研究解决。本文最主要的研究目标是制备出具有高性能的热敏陶瓷材料和片式元件。为达到该目的,首先采用干压成型法,系统且深入地研究和探讨钛酸铋钠（以下简称BNT）掺杂对BTO基热敏陶瓷材料的性能（尤其是对温度系数和室温电阻率）的影响和其作用机制,为BNT-BTO基热敏陶瓷材料的片式化制备技术研发提供理论依据。在这一研究的基础上,采用... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

PTCR（PositiveTemperatureCoefficientofResistivity）效应示意图

华中科技大学博士学位论文5其中Ns和Nd依次为有效受主态密度和载流子浓度。求解泊松方程可得势垒高度Φ0：0=e228ε0(12)其中e为元荷电量，ε0和εr依次为真空介电常数和材料的相对介电常数。图1-2晶界势垒及能带示意图[5]晶界整体电阻率可由以下公式计算得到：=Ae0k(13)其中A为常数，常被称为几何因子，k为波尔斯曼常数。同时，作为铁电材料，BTO陶瓷的相对介电常数εr满足：=CTc(14)其中C为居里常数，Tc为居里温度，故晶界电阻满足：=Aexp[e2280kC(1Tc)](15)可见随着温度的上升，晶界电阻快速增大。实验证实εr-T与ρ-T有紧密关联，如图1-3所示：海望模型是一种物理模型，它基于线性泊松方程解得，是一种对复杂实际情况的

华中科技大学博士学位论文6简化模型，因此其计算结果会与实际情况存在一定偏差。焦克提出引入铁电畴和表面极化电荷来弥补低温时的误差[6]。图1-3BTO热敏陶瓷中介电常数和电阻率随温度的变化趋势[5]图1-4晶界电畴和表面极化电话的示意图[6]焦克模型的具体内容为：当温度低于相变温度时，BTO陶瓷为铁电体，在晶胞的c轴方向具有自发极化。不同晶粒间，由于晶体取向不同，其极化方向也不同。如图1-4所示，此时电畴在垂直于晶界方向产生极化分量，诱发表面极化电荷。这些表面电荷可以填充耗尽层，从而降低晶界电阻。根据BTO铁电陶瓷的特性，大约有50%的晶界具有此效应[6]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]PLZT陶瓷的晶界现象[J]. 祝炳和,赵梅瑜,姚尧,郑鑫森,敖海宽,殷之文.  电子元件与材料. 1999(05)



本文编号：3134971