(Ba,Sr)TiO3半导化陶瓷PTC效应的改善
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2020-02-28
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(Ba,Sr)TiO
3
半导化陶瓷PTC效应的改善
1
李小燕
1
, 曲远方
1
，高晶
2
1 天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室，天津 (300072)
2 领先大都克（天津）电触头制造有限公司，天津(300111)
E-mail: sophia145@gmail.com
摘 要：烧结温度、受主掺杂以及液相添加剂都会改变(Ba,Sr)TiO
3
陶瓷的PTC效应。结合微
观结构的变化和理论研究进展，讨论了这三种因素对PTC效应的影响。结果表明，低的烧结
温度不利于低的室温电阻率和高的升阻比。高的烧结温度有利于获得高升阻比。MnO
2
含量
的增加和BN的添加，分别从提高有效受主态密度和改善微观结构两方面改善了PTC效应。
MnO
2
的量由 0.04mol.%增加到 0.05mol.%，同时添加 2mol.%的BN，在保持室温电阻率几乎
不变的情况下，升阻比提高了 2.5 个数量级，阻温系数从 4.0 %/
o
C增加到 13.8 %/
o
C。
关键词：(Ba,Sr)TiO
3
陶瓷，PTC效应，微观结构
中图法分类号：
TQ174
1 引 言
自施主掺杂BaTiO
3
陶瓷的正温度系数(Positive temperature coefficient, PTC)效应被发现以
来，经过半个世纪的研究，对PTC效应的理解逐步深化。一般认为PTC效应是一种晶界效应
[1]
，与半导化、铁电相变及界面受主态有关，且缺一不可
[2]
。针对界面态的主要内容如受主
杂质(3d元素)、氧吸附、钡空位也进行了广泛的研究，但至今为止没有一种界面态可以解释
所有的实验现象
[3]
。对 3d元素的研究主要集中在Mn上，因为Mn具有最深的受主能级，对PTC
效应的增强最为显著。最具有代表性的解释建立在其晶界偏析上
[4]
。另外BN作为一种烧结
助剂，在低温烧结方面得到广泛的研究。据报道BN有助于提高表面态密度，强化PTC效应
[5,
6, 7]
。根据上述结论，本实验通过调节MnO
2
含量以及添加BN来提高(Ba,Sr)TiO
3
材料的PTC
效应。
2 实验过程
采用传统工艺制备 (Ba,Sr)TiO
3
PTC 材料。主晶相配方为Ba
0.92
Sr
0.08
TiO
3
+ 0.06
mol.%Sb
2
O
3
+ 0.11mol.% Nb
2
O
5
。主配方配料经湿球磨 4h，烘干，然后 1050
o
C保温 2h预烧。
然后加入 0.1wt.%AST，BN和MnO
2
进行二次球磨并干燥。然后加入 5wt.%的PVA混合造粒，
成型为Φ10mm×2mm的坯件，成型压强为 300Mpa。所有试样在空气气氛中烧结，随炉冷却。
表 1 列出了实验过程中的典型配方。采用Philip XL30 ESEM扫描电镜进行试样的形貌分析。
用WQJ-1 型精密万用电桥测量试样的室温电阻，用阻温特性测试仪测量试样的电阻率-温度
特性。试样的电阻温度系数α定义如下：
o 1
21
21
2.303 log( / )
100 (% C )
TT
ρ
ρ
α
×
=×
−
－
其中ρ
1
(Ω.cm)是室温电阻率的 2 倍，T
1
(
o
C)是电阻率为ρ
1
时的温度, T
2
(
o
C)= T
1
+ 50，ρ
2
(Ω.cm)
是温度为T
2
时的电阻率。
1 基金项目：本项目得到中国博士点基金（20050056055）的支持。
1
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