燒結(jié)助劑添加對BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3陶瓷PTC性能的影響

燒結(jié)助劑添加對BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3陶瓷PTC性能的影響

摘要：陶瓷PTC材料具有溫度敏感性能，其電阻隨溫度的升高而增大。本研究以BaTiO3作為基礎(chǔ)材料，摻雜不同比例的K0.5Bi0.5TiO3，并添加不同的燒結(jié)助劑，制備陶瓷PTC材料。通過掃描電子顯微鏡觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)，通過電阻-溫度曲線分析材料的PTC特性變化，研究了。結(jié)果表明，燒結(jié)助劑的添加可以顯著影響PTC材料的微觀結(jié)構(gòu)和PTC特性。在適當(dāng)比例下，燒結(jié)助劑的添加可以提高材料的密度和晶界結(jié)合強度，從而提高PTC效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)助劑；PTC材料；BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3；微觀結(jié)構(gòu)；PTC特性

引言

陶瓷PTC材料由于其溫度敏感性能而在電子領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。與普通電阻材料相比，陶瓷PTC材料在溫度升高時電阻呈指數(shù)級增加，可以實現(xiàn)過流保護和電流限制的功能。目前，BaTiO3是一種常用的PTC材料，其PTC特性可以通過摻雜其他原料來改善。K0.5Bi0.5TiO3作為一種鐵電材料，具有優(yōu)良的電學(xué)性能，因此用于摻雜BaTiO3以提高PTC效應(yīng)已成為研究熱點。然而，由于BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3陶瓷的高燒結(jié)溫度和高極化溫度，制備過程中晶粒長大且極化困難，影響了材料的PTC性能。

實驗方法

1.實驗材料的制備

將BaTiO3和K0.5Bi0.5TiO3粉末按照一定比例混合，并將混合粉末置于高能球磨機中進行球磨處理，以提高粉體的分散性。然后，根據(jù)實驗設(shè)計中的不同摻雜比例，將球磨后的粉末按照一定比例加入到BaTiO3基礎(chǔ)材料中。同時，為了改善材料的燒結(jié)性能，采用了不同的燒結(jié)助劑，包括MgO、SiO2和CaO。

2.材料的燒結(jié)和制備

將混合粉末通過壓制成型后進行燒結(jié)處理。采用真空燒結(jié)方法，在800℃下進行保溫2h，然后以5℃/min的速度升溫至1250℃并保溫2h，最后自然冷卻。燒結(jié)后的樣品進行表面平整化處理，以獲得平整的試樣。

3.材料的性能測試

使用掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)。使用三線法對樣品的電阻-溫度曲線進行測試，以分析PTC特性。

結(jié)果與討論

通過SEM觀察，發(fā)現(xiàn)添加燒結(jié)助劑后，BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3陶瓷材料的晶粒尺寸有所增加，晶界結(jié)合性能得到了改善。當(dāng)添加MgO燒結(jié)助劑時，晶粒尺寸更大、晶界結(jié)合強度更高；添加SiO2時，可以觀察到石英相和玻璃相的形成，晶界增強效果較好；添加CaO時，可觀察到鈣鈦礦相的形成，晶粒尺寸適中、晶界結(jié)合性能較好。

通過電阻-溫度曲線測試發(fā)現(xiàn)，未添加燒結(jié)助劑的樣品PTC效應(yīng)較弱，溫度敏感性差，材料電阻變化不明顯。而添加合適燒結(jié)助劑的樣品PTC效應(yīng)顯著增強，電阻溫度系數(shù)明顯提高。其中，添加MgO的樣品表現(xiàn)出較高的PTC效應(yīng)，電阻溫度系數(shù)可達到100%左右。

結(jié)論

本研究通過摻雜K0.5Bi0.5TiO3和添加不同燒結(jié)助劑的方法，制備了一種新型的BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3陶瓷PTC材料。研究結(jié)果表明，燒結(jié)助劑的添加可以顯著影響材料的微觀結(jié)構(gòu)和PTC性能。在適當(dāng)比例下，燒結(jié)助劑的添加可以提高材料的密度和晶界結(jié)合強度，從而提高PTC效應(yīng)。上述發(fā)現(xiàn)對于進一步優(yōu)化陶瓷PTC材料的制備工藝和性能提高具有指導(dǎo)意義。

本研究通過SEM觀察和電阻-溫度曲線測試發(fā)現(xiàn)，添加不同燒結(jié)助劑對BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3陶瓷材料的晶粒尺寸和晶界結(jié)合性能以及PTC效應(yīng)有明顯影響。添加MgO燒結(jié)助劑可以增大晶粒尺寸和提高晶界結(jié)合強度，導(dǎo)致較高的PTC效應(yīng)和電阻溫度系數(shù)。添加SiO2可以形成石英