高居里温度无铅热敏陶瓷热处理对显微及其PTCR效应影响机理研究

正温度系数电阻材料是重要的功能材料，可制成温度控制器、过电流保护等，广泛应用于电子通讯、航空航天和汽车等各个领域。目前绝大多数实用化的高温PTCR材料是含铅的，其生产和废弃污染环境，因此，研制高居里温度高性能无铅PTCR材料具有特别重要的意义。.本项目以钙钛矿结构的(Na, K)0.5Bi0.5TiO3，含铋层状结构陶瓷BaBi4Ti4O15等为高温居里温度添加剂，通过组分设计、多元复合和施主掺杂等，研究了高性能无铅PTCR陶瓷的性能与制备的关系和机理，研究内容主要包括：.1）制备了BT-BNT(BKT)无铅PTCR陶瓷。研究了空气中烧结的陶瓷相结构、显微结构、PTCR性能等。Y2O3和Nb2O5掺杂的样品室温电阻率为70 Ω•cm，电阻突跳为4.5个数量级，电阻温度系数为27 %/℃，居里温度达150℃。.2）研究了添加一定量Ca的BT-BNT(BKT)无铅PTCR陶瓷，有效地改善了材料的微观结构，其耐压强度提高到了80 V/mm (a.c.)。烧结好的样品经氮气热处理，室温电阻率进一步降低到13Ω•cm。.3）研究了Nb2O5施主掺杂的BT-BNT无铅PTCR陶瓷。随着BNT含量的增加，材料的晶粒减小，致密度和耐压强度都增加。氮气中烧结的陶瓷有明显的PTC效应，居里温度从180℃增加到232℃。.4）研究了Y2O3施主掺杂的BT-BNT无铅PTCR陶瓷。当BNT >8%，样品在氮气中烧结有明显的PTC效应。进一步证明了PTC效应来源于A位阳离子空位的贡献。经组分和工艺优化后，其室温电阻率<100 Ω•cm，电阻突跳为~4.8个数量级，居里温度达190℃，耐压强度>200 V/mm (a.c.)。.5）利用交流阻抗分析方法，研究了热处理对陶瓷晶粒和晶界、以及室温电阻和电阻突跳的影响，揭示了晶界性能（势垒高度、受主态密度、势垒宽度）与再氧化过程中的缺陷化学和晶界显微结构变化之间的规律。.6）在国际上首先利用(1/C-1/2C0)2与外加直流偏压的关系，计算了材料晶界处的势垒高度，结果与其它方法得到的数据一致。.本项目在国际知名学术期刊发表论文7篇，国际特邀报告2次，国内特邀报告1次，申请国家发明专利2项，培养硕士、博士研究生各1名。.综上所述，本项目全面完成既定目标，研究结果从机理上对研制高性能高温PTCR陶瓷具有重要的意义。