度原料的选用在多次的实验中发现,要得到低电阻率PTC陶瓷,除了要正确调整施主和受主杂质浓度外,正确选择原材料也是很重要;原料的化学纯度、粉体形态、粒度分布都会影响材料的半导化和电性能,尤其是TiO2的化学纯度和物理特性是影响最大的因素。笔者曾比较了不同纯度TiO2原料在相同的配方组成和相同工艺条件制备的试样见表1和图1所示。由表1可见,显然,用纯度较高的2TiO2制备的试样电阻率较低,PTC效应好,施主添加量范围较宽,有利于今后批量生产;当采用纯度较低的1TiO2,特别是K、Na、Al3、Fe3和Mg3受主杂质浓度较高,对半导化有毒化的作用,要得到电阻率ρ25℃<150ΩCm是比较困难的。还要指出的是,用金红石型TiO2制备低电阻率PTC陶瓷比锐钛矿型更适宜,其次还要注意,BaCO3和TiO2的粉体粒径不能相差太大,在化学指标满足的前提下,应使两种原料的粒径尽可能接近,避免TiO2产生团聚体,造成反应不完全,致使晶粒异常长大,影响电性能[2]。32添加物对电阻率和电性能的影响在选择好原料的基础上,为了使瓷料达到最低电阻率和良好的电性能,必须优化配方和确定合理的制备工艺。在BaTiO3系瓷料中添加合适的玻璃料AST和其它添加剂Sb2O3Li2CO3M
NO32是常用有效的方法,这些添加剂在瓷料中所起的作用不同,如果添加浓度适当,既能达到降低电阻率又能提高电性能的双重效果,否则,适得其反。例如,引入适当的AST主要有二大方面的作用,一、可以促进烧结,降低烧结温度,AST在高温下产生液相对晶粒有较好的润湿性,这就使粒界的移动相对来说更为困难,有效地抑制晶粒生长,控制了晶粒尺寸;二、AST对原料中有害杂质起到吸附作用,从而促进半导化,获得较低的室温电阻。本工作在实验中发现,固定Al2O3和TiO2浓度不变,当SiO2质量分数ω从035增加到05时,其室温电阻率从100Ωcm增加到986Ωcm,电阻温度系数α40也随之降低;当AST总浓度超过10时,其PTC效应也变差。这种现象可以说明为增加SiO2浓度,相应减少了陶瓷晶粒尺寸,从显微结构和电性能综合考虑,笔者认为对低电阻率瓷体的晶粒不宜太小,一般控制在8~10μm为好;AST总浓度的增加,PTC效应减弱主要原因是与氧吸附有关,晶界液相增多,不利于氧吸附而导致PTC效应变弱[3]。同时,在瓷料中引入适量的Sb2O3、Li2CO3和M
NO32对提高电性能和改善晶界特性有利。Sb2O3具有抑制晶粒生长、细化晶粒和减少压阻效应的效果;Li2CO3可增加PTC区内电阻率的变化[4],受主杂质M
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