论文部分内容阅读
随着科学技术的快速发展,各种不同特性传感器被广泛的使用。负温度系数热敏电阻器具有快响应、高精度、价格低廉等特点,已被广泛用于工业设备中。其中,高温热敏电阻器在汽车发动机引擎温度测控方面显示出了潜在的应用前景。本文主要针对Ca-Ce-Nb-W-O系高温热敏电阻材料掺杂改性和高温封装工艺开展研究。CaCeNbWO8热敏电阻材料具有优良的耐高温性能和高温稳定性,本论文采用固相法制备了Y2O3掺杂Ca-Ce-Nb-W-O系的热敏电阻粉体,经大气烧结和真空烧结得到高温热敏电阻陶瓷,采用热重差热分析(TG-DSC)、热膨胀分析(DIL)确定了最佳烧结温度,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电性能测试等手段,研究了Y2O3含量对YxCa1-xCeNbWO8(0≤x≤0.2)的结构及导电性能的影响规律,比较研究了常规烧结和真空烧结对材料结构及电性能的影响规律。封装材料是由陶瓷相和玻璃相组成。本论文采用陶瓷-玻璃复合材料与粘合剂(磷酸盐固化剂)混合对热敏陶瓷进行封装试验,提出了热敏电阻陶瓷的热膨胀特性与封装工艺之间的关系。主要研究结果如下:(1)常规烧结的YxCa1-xCeNbWO8(0≤x≤0.2)陶瓷电阻材料显示为单一的白钨矿结构,随着Y2O3的含量的增加,电阻率逐渐减小;热敏电阻陶瓷材料的电导主要通过电子空穴Ce3+和Ce4+传输形成,其电阻率主要由Ce3+的浓度决定,随着Y2O3的含量的增加,为了维持电中性,Ce3+离子增多,进而导致载流子浓度增大,电阻率降低。(2)真空烧结的热敏电阻陶瓷体表面孔隙较多,热敏电阻陶瓷体结构主要为褐钇铌矿结构和白钨矿两种结构。常规烧结和真空烧结制备热敏电阻陶瓷的lnρ和1000/T曲线显示了明显的负温度系数特性,真空烧结的热敏电阻陶瓷材料相对于大气烧结的热敏电阻陶瓷材料的lnρ和1000/T曲线具有更好的线性关系。(3)封装材料中将陶瓷相和不同成分的玻璃相按照不同的配比在不同的温度下烧结,玻璃的含量越大烧结温度越低;封装材料在0~800℃介电损耗和介电常数随着温度的增加而增加;在400℃以下时,热敏陶瓷和封装材料都具有较低的热膨胀系数,显示了很好的热匹配性能;但是在400℃以上时,封装材料的热膨胀系数明显大于热敏陶瓷材料的热膨胀系数,不满足封装的匹配性要求,进而导致封装的热敏电阻器出现分层和裂纹现象。研究结果显示,研发的封装材料有望用于0℃~400℃。