SrFexSn1-xO3-δ基热敏陶瓷的制备与电性能的研究

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半导体敏感陶瓷是当今世界迅速发展的一项高新技术领域。NTC(负温度系数)热敏陶瓷是一类电阻率随温度的升高而成指数关系降低的敏感陶瓷,被广泛应用于温度控制测量与测量、温度补偿以及抑制浪涌电流等领域。SrFexSn1-xO3–δ陶瓷晶型简单,结构稳定,在电场作用下易于形成电子电导和离子电导等诸多特点,具备了很高电子元件方面的应用开发价值,而国内外却鲜有报导。  本文以SrSnO3、SnO2和Fe2O3为原料,采用固相法制备了SrFexSn1-xO3–δ陶瓷,研究了基体陶瓷的微观组织结构及其电性能。并在此基础上对基体进行A位和B位的施主掺杂及第三相固溶,从掺杂改性和优化制备工艺两方面入手,深入分析各种因素对陶瓷微结构和电性能的影响,并详细探讨了各种条件下陶瓷的半导化机理以及NTC工作原理。研究结果如下:  (1)系统地研究了SrFexSn1-xO3-δ基陶瓷材料的相组成、微观结构及其NTC特性,初步探讨了SrFexSn1-xO3-δ基陶瓷的半导性能及NTC工作原理,并利用正交试验等的手段,全面的分析了包括Fe含量和各种重要工艺参数在内的主要因素对于陶瓷NTC热敏特性的影响。当0.2≤x≤0.5时,陶瓷的室温电阻率, BB25/85以及激活能分别处于518~3560?·cm、4912~3793 K和0.424~0.327 eV范围内。  (2)系统的研究了Nb5+掺杂对于SrFe0.5Sn0.5O3-δ基陶瓷的显微结构及其电性能的影响;通过一系列实验方法对于不同烧结温度条件下制备的陶瓷样品进行了微结构和电性能的表征,并以此为依据,确定SrNbx(Fe0.5Sn0.5)1-xO3-δ体系陶瓷最优制备工艺;探讨了Nb5+掺杂量对于SrNbx(Fe0.5Sn0.5)1-xO3-δ基陶瓷显微结构和NTC特性的影响规律,并引入电子跃迁模型、利用缺陷化学等理论对陶瓷的导电现象加以解释。当0.02≤x≤0.18时,SrNbx(Fe0.5Sn0.5)1-xO3-δ陶瓷的室温电阻率ρ25和B25/85值常数分别处于3390~23100?·cm和4201~4636K之间。  (3)系统的研究了La3+掺杂对SrFe0.5Sn0.5O3-δ基陶瓷的显微组织和电性能的影响,从掺杂改性和优化烧结工艺两方面对于陶瓷的制备、导电性能和NTC工作机理进行了较为细致的分析. La3+掺杂可以明显的提升陶瓷的热敏性能参数,当x=0.05时,陶瓷的ρ25低至1960?·cm,而B25/85则可达到3901K。  (4)系统的研究了SrFe0.5Sn0.5O3-xSrCoO3体系陶瓷的相组成、微结构及其电性能;通过一系列实验方案对于不同烧结温度条件下制备陶瓷样品进行结构和性能的表征,从中确定最优的 SrFe0.5Sn0.5O3-xSrCoO3体系陶瓷制备工艺;探讨了SrFe0.5Sn0.5O3-xSrCoO3体系陶瓷中SrCoO3含量对于陶瓷显微结构和NTC热敏特性的影响规律。当0.01≤x≤0.20时,陶瓷样品的室温电阻率、B25/85以及激活能分别处于189~1649?·cm、3315~3793K和0.285~0.334eV。通过复阻抗测试的方法,深入分析了多晶陶瓷材料SrFe0.5Sn0.5O3-xSrCoO3体系陶瓷各微结构构成在电学性能表现中发挥的作用。
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