PTC热敏电阻实验报告PTC热敏电阻实验报告.doc

功能材料—PTC热敏陶瓷制备与性能的综合实验 实验目的 通过实验，使学生加深对“电子信息材料专业方向”中有关基础理论知识的理解。 1.了解PTC热敏陶瓷制备原理及方法 2.使学生熟练掌握PTC电阻的测试方法 二、实验原理 PTC效应与许多因素有关，PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半导体电阻，一旦超过一定的温度(居里温度) 时，它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高。也可以说，PTC(positive temperature coefficient) 电阻是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻或材料。当PTC 陶瓷元件接通电源后，电流将随电压的升高而迅速增加，达到居里温度时，电流达到最大值，这时PTC 陶瓷元件进入PTC 区域，此时当电压继续升高时，由于PTC 陶瓷元件的电阻急剧增大，电流反而减小。 纯BaTiO3陶瓷是良好的绝缘体，是一种优良的陶瓷电容器材料，也是一种典型的钙钛矿型结构的铁电材料。纯的BaTiO3在常温下几乎是绝缘的，电阻率大于1012Ω?cm，通过不等价取代在BaTiO3中掺杂微量的元素后，会使其性能发生变化，出现PTC效应，并且伴随着室温电阻率的大幅度下降。制成的钛酸钡基PTC 陶瓷具有较大的正温度系数和开关阻温特性，通过掺杂，它的居里温度可在很宽的范围内(室温～400 ℃) 任意调节，所以，在航空航天、电子信息通讯、自动控制、家用电器、汽车工业、生物技术、能源及交通等领域，它得到了广泛的应用。 钛酸钡基PTC 陶瓷的组成： （1）移峰剂——添加后能够移动居里点（ BaTiO3瓷120oC） 添加物与主晶相形成固溶体使铁电陶瓷的特性在居里温度处出现的峰值发生移动的现象，称为移峰效应。 居里温度通常满足以下经验公式： tc=tc1(1-x)+tc2x（x-摩尔分数） 该添加物称为移峰剂。PTC 陶瓷中常用钙钛矿型铁电体的移峰剂有两种：钛酸铅、PbTiO3（490℃）、钛酸锶SrTiO3(-250℃)。 （2）半导体化: 施主掺杂：将BaTiO3基本组成离子分成三种离子群：其中至少在两个位置上的部分离子，用离子半径相接近，而原子价相差1价的不同离子进行置换。置换可得到低电阻率的陶瓷材料。 对于Ba 2+位可用La 3+、Ce3+、Sb3+、Sm3+、Dy3+或K +、Na +等离子； 对于Ti 4+可用W5+、Ti4+、Ta5+、Nb 5+或Co3+ 、Cr3+ 等离子； 对于O2- 可用Br-、I-、Cl-等离子。 受主掺杂：施主掺杂是为了实现BaTiO3的半导化，受主掺杂是为了提高材料PTCR性能可通过调整施、受主的种类和添加量来实现材料的低阻化。 （3）促进烧结添加剂——Al2O3、SiO2（BaTiO3系半导瓷的PTC效应来源于晶界，故细化晶粒，使晶粒均匀化是很重要的。原料中不可避免的一些受主杂质对材料的半导体化起着有害作用Al2O3、SiO2和预烧反应后剩余的Ti02在一起形成AST相，烧结时形成低共晶液相存在于晶界上，包围着晶粒，具有吸附晶粒内部对半导体化起着有害作用的杂质的功能，使晶粒净化，并能增强晶界处的受主表面态势垒，同时还具有抑制晶粒长大） ZnO、 CeO2 、B2O3 、WO3。 三、实验步骤 （1）配方计算 钛酸钡基PTC材料的配方为： 98.96Ba0.9915Ca0.007La0.0015Ti1.0095Nb0.0005O3—ASTZ(Ti:Zr=1:2)—0.04Mn 原料名称 分子式 纯度 用途 碳酸钡 BaCO3 AR Ba源 二氧化钛 TiO2 AR Ti源 氧化钇 Y2O3 AR Y源 氧化铌 Nb2O5 AR Nb源 氧化镧、 La2O3 AR La源 氯化镧 LaCl La源 硝酸锰 Mn(NO3)2 50wt%的溶液 Mn源 三氧化二铝 Al2O3 高纯试剂 Al源 二氧化硅 SiO2 AR Si源 （2）称量与球磨 将原料按配方称量好放入球磨机中，湿磨6小时，均匀混合，料：水：球=1：2：2。将球磨好的料放在干燥箱中110℃干燥，干燥好的料取出，放入研钵中研磨充分，备用。 （3）煅烧 将混合好的粉末分别在1200℃下煅烧6h，随炉冷却。将煅烧好的料取出，放入研钵中研磨充分，备用。 （4）二次球磨 将研细的料放入球磨机中湿磨6小时，加入ASTZ，跟 Mn（NO3）溶液均匀混合，，料：水：球=1：2：2。将球磨好的料放在干燥箱中110℃干燥，干燥好的料取出，放入研钵中研磨充分，备用。 （5）压片成型 将研磨好的料放入玛瑙研钵中，加6%的PVA粘结剂，研磨充分后，1.4g/片，在6MPa的条件下加压并保压3min，尺寸为φ15。 （6）烧结 将压制好的片在1350℃下烧