BaTiO3基正温度系数热敏陶瓷研究现状及应用

正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)热敏陶瓷是一类关键电子功能陶瓷，因其优异的特性在加热元件、传感器、电路保护器、温度控制器、电器消磁等领域都有广泛的应用。BaTiO₃作为主体材料制备的正温度系数热敏电阻(positive temperature coefficient thermistor,PTCR)是目前用量较大的一类正温度系数元件，具有重要的研究意义。本文阐述了正温度系数热敏材料的分类及其优缺点，介绍了正温度系数效应、热敏机理及BaTiO₃基正温度系数材料的半导化原理，综述了BaTiO₃基正温度系数热敏陶瓷国内外研究现状，分析了移峰剂、施主掺杂、受主掺杂、烧结工艺等因素对BaTiO₃基正温度系数热敏陶瓷的影响，总结了正温度系数热敏元器件的应用原理及其在相关领域的应用，并对正温度系数热敏陶瓷的无铅化进行了展望。     

氢致绝缘铁氧体材料电学改性研究

研究了在电化学原子氢作用下绝缘NiZnCu铁氧体陶瓷的电阻和介电性能变化,并研究了电化学原子氢处理所用阴极电流密度(30~120 A.m-2)和温度(20~60℃)对氢致半导化的影响。研究结果表明,在原子氢处理初期,绝缘N iZnCu铁氧体陶瓷电阻率急剧下降,出现半导化,然后随处理时间延长而下降减缓,并逐渐趋稳;介电常数随原子氢处理时间延长而逐渐增加,达到一个极大值后,又出现下降。电流密度与温度对铁氧体半导化的速率和程度的影响没有简单的单向关系。在120 A.m-2,40℃下进行原子氢处理时,铁氧体电阻率降低最快,在2 m in内从8.29×108Ω.m下降到1.32Ω.m,下降了近9个数量级,且电阻率下降趋稳后的取值最小。从氢致N iZnCu铁氧体陶瓷半导化的过程,即吸附-侵入-扩散理论解释了温度以及电流密度对半导化的影响。并从电化学原子氢对铁氧体的掺杂和化学反应作用,对NiZnCu铁氧体绝缘陶瓷电阻和介电性能的变化进行了探讨。     

Nb2O5、La2O3掺杂对SrTiO3双功能陶瓷半导化及显微结构的影响

主要研究了Nb2O5和La2O3双施主掺杂对SrTiO3陶瓷半导化及显微结构的影响.采用传统电子陶瓷工艺在1420℃弱还原气氛中(N2+石墨)制备了半导化的SrTiO3陶瓷,讨论了在稀土添加总量为0.9%(摩尔分数)的条件下, Nb2O5La2O3比对SrTiO3陶瓷室温电阻率和显微结构的影响.研究结果表明双施主掺杂不仅可以促进SrTiO3陶瓷半导化而且对显微结构有重要影响.Nb2O5La2O3为21时样品室温电阻率为0.89Ω·cm,显微结构较为理想.在此基础上,获得压敏与介电性能较佳的双功能SrTiO3陶瓷元件.     

MnCO_3和MnO_2对ZnPrO基压敏陶瓷直流老化特性的影响

采用改进的传统陶瓷工艺,分别制备了无Mn掺杂和0.5%(摩尔分数)Mn CO3或Mn O2取代传统组分中的非Pr稀土Zn Pr O基压敏陶瓷。利用电子天平、扫描电镜、I-V耐压测试仪研究了三组样品的密度、显微组织形貌、电性能,重点采用高温直流加速老化的方法研究三组样品的抗直流老化特性。结果显示:Mn CO3或Mn O2掺杂样品的压敏电压、非线性系数分别达到1091 V/mm、30和1396.5 V/mm、31.6,而无Mn掺杂的样品对应的性能参数为5410 V/mm、17.9。老化后,Mn CO3掺杂样品压敏电压和非线性系数基本保持不变;而Mn O2掺杂的分别降低了3.1%和10.7%,两组样品的漏电流变化不大。无Mn掺杂的样品在第三阶段老化时发生击穿现象。实验结果表明,Mn CO3是一种替代非Pr稀土元素制备具有高抗直流老化特性Zn Pr O基压敏陶瓷的有效掺杂。     

TC4钛合金的表面氧化及其对疲劳性能的影响

将TC4钛合金在300~850℃下进行了热处理,研究了不同温度处理后材料表面氧化层的特征变化和表面氧化层对材料疲劳性能的影响。结果表明,随温度的升高,氧化层的颜色发生了变化,氧化层的厚度增加,550℃后增加速度明显加快;试样在空气中经过800℃×3 h热暴露后,疲劳强度降低了约200 MPa。     

Ga掺杂ZnO陶瓷的电子导电性与NTC热敏特性

为开发新型电阻负温度系数(negative temperature coefficient,NTC)热敏陶瓷材料,采用湿化学法制备Ga掺杂ZnO(GZO)陶瓷Zn_(1-x)Ga_xO(x分别为0.005,0.01,0.02,0.03,0.04和0.05)。利用X射线衍射分析材料的相组成,用扫描电镜观察陶瓷的微观结构,通过电阻-温度曲线和交流阻抗谱研究GZO陶瓷的电子导电性和温度敏感特性。结果表明,GZO陶瓷材料具有六方纤锌矿晶体结构;Ga掺杂能明显改善ZnO的电子导电性,GZO陶瓷的电阻率随温度升高呈指数关系降低,呈现优异的NTC特性。Zn_(1-x)Ga_xO陶瓷的NTC材料常数为4 196~5 975 K。其电子导电性和NTC性质由呈现半导体性质的晶粒效应和热激活导电的晶界效应共同贡献。     

掺杂Y和Ce对纳米TiO2光学特性的影响

用溶胶-凝胶法分别制备了掺杂Y和Ce的纳米TiO2粉末,掺杂浓度原子分数分别为1%、3%和5%,在不同温度下对样品进行了热处理.用紫外可见分光光度计对样品吸收特性进行了测试,结果表明,掺杂明显改变了样品的紫外吸收特性,并且掺杂浓度,热处理温度对样品吸收以及光学带隙都有明显影响.掺Ce的样品吸收效果更好.掺杂使光带隙减小.     

Ba1-xKxPbO3系导电陶瓷的电性能研究

采用Ba(OH)2·8H2O, Pb(CH3COO)2·3H2O和KOH为原料, 柠檬酸和乙二胺四乙酸(EDTA)为复合螯合剂, 采用溶胶凝胶工艺制备了K掺杂BaPbO3(BPO)陶瓷, 讨论了不同的K受主掺杂浓度对BPO导电陶瓷的电导率和阻温特性的影响.实验结果表明: 采用Sol-Gel法获得了均一相、化学计量比的K掺杂BPO陶瓷;K-BPO陶瓷的室温电阻率随K掺杂量呈倒"S"形状变化, 当掺杂量为3%～5%(摩尔分数)时室温电阻率最低, 约为4.5×10-4 Ω·cm;另外, 与BaTiO3系PTC陶瓷不同, PBO陶瓷引入受主杂质K后, 不但可以降低材料的室温电阻率, 而且可以使材料呈现出一定的PTC效应.     

钨/氟改性氧化铜陶瓷的导电性质与热敏特性

为了探索开发具有电阻负温度系数(NTC)的新型热敏陶瓷材料,采用湿化学方法合成和制备了W/F掺杂改性的CuO基陶瓷(Cu_1-yW_yO:F_x,x为0.01~0.07,y为0~0.006)。利用X-射线衍射、扫描电子显微镜、电阻-温度测试及电化学交流阻抗等手段对所制备的陶瓷材料的物相组成、微观组织、导电性质及电阻-温度特性进行了测试分析。结果表明,掺杂F能在较大范围内调节CuO陶瓷体的室温电阻率,W/F共掺CuO陶瓷具有优异的NTC特性,适当的W/F掺杂能获得NTC材料常数达5084 K。W/F共掺CuO陶瓷的电子导电性和NTC特性由材料的晶粒（块体）效应和晶界效应共同贡献而成;陶瓷材料的导电模型包含半导体材料的能带理论导电机制和热激活电子跃迁导电模型。      

钛合金TC4高温氧化特性研究

研究了最常用钛合金TC4在850~1 050℃的高温氧化特性,采用光学、扫描电镜观察、分析氧化层及富氧层形貌。结果表明,在研究的温度与加热时间范围内,TC4单位表面积氧化增重基本呈线性增长的规律;α单相区850℃温度加热的氧化皮形貌与950、1 000、1 050℃下明显不同。氧化过程中出现的内氧化层平均厚度仅和特定加热温度的氧扩散速率相关,与加热时间无关。此外,在富氧层内发现V的强烈富集。