热敏高性能负温度系数热敏陶瓷和厚膜制备与基于阻抗谱电学性能-turnitin论文查重

摘要：随着热敏电阻在各个运用领域的不断扩展,对温度测量、传感和制约的精度要求也越来越高,这就要求开发出更高温度敏感性的块体热敏材料；同时随着信息技术的飞速进展,电子元器件的微型化、集成化已成为电子技术进展的主流,而膜式化则是解决这些不足的一个关键技术。本论文在跟踪国内外热敏电阻材料进展的基础上,探讨出几类新型负温度系数(NTC)热敏陶瓷,并以这些新型热敏材料作为厚膜浆料制备无铅NTC热敏厚膜电阻,致力于开发出高性能块体热敏陶瓷和无铅NTC热敏厚膜电阻。同时采取X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、电阻温度特性测试仪对这些NTC热敏陶瓷和厚膜的物相、显微结构及电学性能进行了浅析探讨。为进一步揭示材料内部的构成特点及导电机制,借助阻抗浅析仪对这些热敏材料的阻抗谱(IS)进行了系统浅析,同时基于最小二乘法原理拟合了对导电起主要贡献作用的各个构成部件。首先系统探讨了一类新型的具有立方钙钛矿结构的BaFexSn1-xO3NTC热敏陶瓷,随着Fe含量的升高,晶格常数a逐渐变小。这类陶瓷经高温烧结后所得晶粒粒径较大,晶界非常显著。BaFexSn1-xO3热敏陶瓷具有良好的NTC热敏行为,随着Fe含量增加,陶瓷室温电阻率(ρ25)由0.2MΩ.cm降至2kΩcm、热敏常数(β25/85)由4900K降至3900K。在Fe含量相对较低时,陶瓷体电阻的贡献主要来自于晶粒和晶界,也有微小接触电极的影响；在Fe含量较高时,仅有晶界和晶粒的贡献；单独浅析BaFe0.5Sn0.5O3热敏陶瓷的变温阻抗,发现晶界电阻和晶粒电阻均体现出良好的NTC热敏行为,其中晶界电阻体现出较高的活化能。进一步在BaFexSn1-xO3的Ba位引入Sr元素,能使ρ25、β25/85和活化能(Ea)降低。在BaFexSn1-xO3的Ba位引入Bi元素,所得Ba1-mBimFe0.9Sn0.1O3陶瓷为立方钙钛矿结构。随着Bi含量增加,晶格常数a逐渐变短,烧结温度降低,ρ25、β25/85、Ea增加。Ba1-mBimFe0.9Sn0.1O3陶瓷的ρ25、β25/85、Ea分别处于1k～748M Ω·cm、4464～9314K和0.385～0.803eV范围内。经过氮气、氧气、空气中退火处理陶瓷的老化率值大小顺序为：氧气退火样品的老化率空气退火样品的老化率未退火处理样品的老化率氮气退火样品的老化率。Ba1-mBimFe0.9Sn0.1O3热敏陶瓷内部对电学性能起到主要贡献的有晶界、铁电体的晶粒和晶壳三种,在不同的Bi\Ba含量下,这三个构成部件展现出不同的电阻贡献大小,Bi含量较低时(m≤0.2),铁电晶粒电阻相对较大；Bi含量合适时(0.2≤m≤0.5时),晶界电阻相对较大；Bi含量较大时(m≥0.6),晶壳电阻则相对较大。在此系统中进一步在Ba位用少量Y替代,所得NTC热敏陶瓷的ρ25、β25/85和Ea均随着Y含量的增加而升高。对于BaFe0.4sn0.6O3/BaBiO3NTC复合热敏陶瓷,随着BaBiO3含量的增加,ρ25、β5/85和Ea逐步降低,且这三个参数分别处于0.1～183.8kΩ·cm、2832～5450K和0.25～0.47eV范围内。为了获得低阻型厚膜烧结助剂,探讨了一类电阻很小的具有单斜钙钛矿结构的新型BaCoⅡxCoⅢ2xBi1-3XO3NTC热敏厚膜,随着Co3O4的加入,其ρ23由BaBiO3厚膜的0.22MΩ·cm突然降低到约2Ω·cm,β25/85由3914降为约1100K。进一步在BaCoⅡ0.02CoⅢ0.04Bi0.94O3中各自掺入BaSb0.04Sn0.96O3、Zr02、Mn02和BaFe0.9Sn0.1O3,分别探讨掺入量对其热敏性能的影响。系统探讨了具有较高热敏活性的BaCoⅡ0.02CoⅢ0.04Bi0.94O3/Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3复合NTC热敏厚膜。BaCoⅡ0.02CoⅢ0.04Bi0.94O3含量较高时,出现大块熔体,随着BaCoⅡ0.02CoⅢ0.04Bi0.94O3含量的降低,复合厚膜表面以颗粒链形式出现,且颗粒细小均匀。当Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3含量升高时,粘合力逐渐变弱,ρ25、β25/85和Ea逐步增大,粘合力、ρ25、β25/85和Ea分别处于760～880kg/cm2、35.5Ω·cm～1.34MΩ·cm、2067～6139K和0.177～0.527eV区间之内,而且烧结温度和保温时间的变化对厚膜表面成膜性及电学性能的影响也较大。对于70%Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3+30%BaCoⅡ0.02CoⅢ0.04Bi0.94O3含量厚膜气氛处理样品,氮气处理的老化率约1.2%,氧气处理的老化率约12.3%,空气中处理过的老化率约6.7%,不经过退火处理的老化率约4.5%。在Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3含量较低时,Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3/BaCoⅡ0.02CoⅢ0.04Bi0.94O3复合厚膜的导电贡献来自于类似陶瓷体的晶界和晶粒,整个厚膜体体现为短程导电机制；而当Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3含量进一步增加时,厚膜内部只有着晶粒链导电贡献,且厚膜体的导电以长程导电机制为主。当这些晶粒链的构成粒子中主要为拥有较高电阻的热敏相构成时,厚膜电阻就比较大；而当这些构成粒子主要为中低阻的热敏相构成时,厚膜的电阻就相对较小。此后,在Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3/BaCoⅡ0.02CoⅢ0.04Bi0.94O3基础上进一步掺入Ag20、BaSb0.04Sn0.96O3进行复合,结果表明所得热敏厚膜性能变化不大,并展现出前述热敏厚膜类似的导致机制。关键词：NTC热敏陶瓷论文厚膜NTC热敏电阻论文电学性能论文阻抗浅析论文

摘要4-6

ABSTRACT6-11

第一章文献综述11-24

1.1 负温度系数热敏电阻概述11-13

1.1.1 概述11-12

1.1.2 表征NTC热敏电阻的基本参数12-13

1.2 常温型NTC热敏陶瓷探讨近况13-17

1.2.1 NTC热敏陶瓷制备工艺13-14

1.2.2 尖晶石型NTC热敏陶瓷14-15

1.2.3 钙钛矿型NTC热敏陶瓷15-17

1.3 厚膜NTC热敏电阻探讨近况17-20

1.3.1 厚膜制备技术17-18

1.3.2 厚膜NTCR探讨近况18-20

1.4 阻抗浅析技术在NTC热敏陶瓷导电机制浅析中的运用20-21

1.5 本论文的探讨思路、内容、科学作用及革新点21-24

第二章 BaFe_xSn_(1-x)O_3 NTC热敏陶瓷的制备及电学性能浅析24-37

2.1 BaSnO_3的结构与性能24

2.2 BaFe_xSn_(1-x)O_3 NTC热敏陶瓷的制备24-25

2.3 性能测试策略25-26

2.3.1 显微结构浅析策略25-26

2.3.2 电性能测量26

2.3.3 阻抗测试26

2.4 实验结果与浅析26-36

2.4.1 显微结构浅析26-29

2.4.2 电性能浅析29-31

2.4.3 阻抗浅析31-36

2.5 本章小结36-37

第三章 A位Sr替代BaFe_(0.6)Sn_(0.4)O_3 NTC热敏陶瓷电学性能探讨37-49

3.1 引言37

3.2 Sr_yBa_(1-y)Fe_(0.6)Sn_(0.4)O_3热敏陶瓷的制备37

3.3 样品性能表征策略37

3.4 实验结果与浅析37-47

3.5 本章小结47-49

第四章 Ba_(1-m)Bi_mFe_(0.9)Sn_(0.1)O_3高温敏性NTC热敏陶瓷的制备及电性能浅析49-76

4.1 BiFeO_3的结构和性能49-50

4.2 Ba_(1-m)Bi_mFe_(0.9)Sn_(0.1)O_3热敏陶瓷的制备50

4.3 样品性能表征策略50

4.4 老化测量策略50

4.5 实验结果与浅析50-74

4.5.1 显微结构浅析50-52

4.5.2 电阻率温度特性及老化浅析52-57

4.5.3 各组分陶瓷阻抗浅析57-74

4.6 本章小结74-76

第五章 Y_n(Ba_(0.8)Bi_(0.2))_(1-n)Fe_(0.9)Sn_(0.1)O_3负温度系数热敏陶瓷的探讨76-89

5.1 Y_n(Ba_(0.8)Bi_(0.2))_(1-n)Fe_(0.9)Sn_(0.1)O_3热敏陶瓷的制备76

5.2 样品性能表征策略76

5.3 实验结果与浅析76-88

5.3.1 显微结构浅析76-77

5.3.2 电阻率温度特性77-80

5.3.3 各组分陶瓷阻抗浅析80-88

5.4 本章小结88-89

第六章 BaBiO_3/BaFe_(0.4)Sn_(0.6)O_3复合热敏陶瓷制备及电性能探讨89-102

6.1 引言89

6.2 BaBiO_3/BaFe_(0.4)Sn_(0.6)O_3复合热敏陶瓷的制备89-90

6.3 样品性能表征策略90

6.4 实验结果与浅析90-101

6.4.1 显微结构浅析90-92

6.4.2 复合陶瓷电性能浅析92-94

6.4.3 复合陶瓷阻抗浅析94-101

6.5 本章小结101-102

第七章厚膜烧结历程中新型液相烧结及导电助剂的探讨102-119

7.1 BaBiO_3的结构及电学性能102

7.2 热敏厚膜的制备102-104

7.3 样品性能表征策略104

7.4 实验结果与浅析104-117

7.4.1 BaCo~Ⅱ_xCo~Ⅲ_(2x)Bi_(1-3x)O_3热敏厚膜性能浅析104-107

7.4.2 BaCo~Ⅱ_(0.02)Co~Ⅲ_(0.04)Bi_(0.94)O_3/BaSb_(0.04)Sn_(0.96)O_3复合厚膜性能浅析107-111

7.4.3 Zr掺杂BaCo~Ⅱ_(0.02)Co~Ⅲ_(0.04)Bi_(0.94)O_3热敏厚膜性能浅析111-113

7.4.4 Mn掺杂BaCo~Ⅱ_(0.02)Co~Ⅲ_(0.04)Bi_(0.94)O_3热敏厚膜性能浅析113-117

7.5 本章小结117-119

第八章高性能复合热敏厚膜的制备及电性能浅析119-154

8.1 前言119-121

8.2 高性能复合热敏厚膜的制备121-123

8.3 样品性能表征策略123

8.4 BFS/BCCB复合热敏厚膜实验结果与浅析123-128

8.5 BBFS3/BCCB复合热敏厚膜实验结果与浅析128-152

8.5.1 BBFS3/BCCB复合热敏厚膜显微结构浅析128-130

8.5.2 BBFS3/BCCB复合热敏厚膜电阻率温度特性及老化浅析130-135

8.5.3 BBFS3/BCCB复合热敏厚膜阻抗特点浅析135-152

8.6 本章小结152-154

第九章 Ag_2O及BaSb_(0.04)Sn_(0.96)O_3掺入对Ba_(0.7)Bi_(0.3)Fe_(0.9)Sn_(0.1)O_3-BaCo~Ⅱ_(0.02)Co~Ⅲ_(0.04)Bi_(0.94)O_3热敏厚膜电学性能的影响154-171

9.1 引言154

9.2 掺Ag_2O及BaSb_(0.04)Sn_(0.96)O_3复合热敏厚膜的制备154-155

9.3 样品性能表征策略155

9.4 掺Ag_2O复合热敏厚膜实验结果与浅析155-159

9.5 掺BaSb_(0.04)Sn_(0.96)O_3复合热敏厚膜实验结果与浅析159-169

9.5.1 掺BaSb_(0.04)Sn_(0.96)O_3复合热敏厚膜显微结构浅析159-162

9.5.2 掺BaSb_(0.04)Sn_(0.96)O_3复合热敏电阻率温度特性162-164

9.5.3 掺BaSb_(0.04)Sn_(0.96)O_3复合热敏厚膜阻抗特点浅析164-169

9.6 本章小结169-171

全文结论171-173

热敏高性能负温度系数热敏陶瓷和厚膜制备与基于阻抗谱电学性能

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