復(fù)合陶瓷材料的制備與電性能

黃翠萍

摘要：負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻具有靈敏度高，響應(yīng)快且成本低廉，體積小等眾多優(yōu)點(diǎn)，NTC熱敏電阻材料在溫度傳感器，溫度補(bǔ)償器件，金屬熱電偶，半導(dǎo)體陶瓷等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。目前，最常用的一種NTC熱敏電阻器是由Mn、Ni、Co、Cu等過(guò)渡金屬元素氧化物組成的通式為AB2O4的單一結(jié)構(gòu)的尖晶石相。此類(lèi)材料的應(yīng)用溫區(qū)較窄，且燒結(jié)后材料內(nèi)部缺陷分布的不均勻性使材料的電性能容易發(fā)生改變，在中溫區(qū)使用時(shí)穩(wěn)定性較差。因此，探索新型的使用溫區(qū)較寬、穩(wěn)定性較好的熱敏電阻材料具有重要意義。

關(guān)鍵詞：復(fù)合NTC;熱敏電阻材料;制備;電性能

0.引言

復(fù)合材料作為一種具有很大發(fā)展前景的材料，為材料性能的改變發(fā)揮了重要作用。利用復(fù)合材料的乘積效應(yīng)和加和性，可以對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)和電性能進(jìn)行控制，從而獲得單相材料無(wú)法得到的性能。對(duì)此，探討復(fù)合陶瓷材料（BaSnSbO）-（NiMnO）（0≤x≤0.5，y=0，0.1）（下列簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合陶瓷材料）的制備與電性能具備顯著實(shí)際意義。對(duì)此，探討復(fù)合陶瓷材料的制備與電性能具備顯著實(shí)際意義。

1.復(fù)合陶瓷材料的制備

使用分析純的La₂O、MnO、CoO為原料，按照設(shè)計(jì)的LaMnCoO（0≤y≤0.5）的化學(xué)計(jì)量比計(jì)算各氧化物質(zhì)量。將稱(chēng)量好的氧化物原料放入球磨罐中，并以瑪瑙球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，以無(wú)水乙醇和去離子水為分散劑，球磨罐球：料：水比例為1：2.5：1。后將球磨罐放入球磨機(jī)研磨8h，球磨后的漿料于80℃烘干12h。烘干后前驅(qū)體再次研磨2h于1000℃下煅燒2h，得到粉體材料 。

同樣，使用分析純的MnO和NiO為原料，按NiMnO的化學(xué)計(jì)量比計(jì)算各氧化物質(zhì)量。將稱(chēng)量好的氧化物原料放入球磨罐中，并以瑪瑙球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，以無(wú)水乙醇和去離子水為分散劑，球磨罐球料：水：比例為1：2.5：1。后將球磨罐放入球磨機(jī)中球磨8h，球磨后的漿料于80℃下烘干12h。烘干后的前驅(qū)體再次研磨2h后在950℃下煅燒2h，得到單一尖晶石相NiMnO粉體材料。

將煅燒后的兩種單相粉體材料分別研磨4h，按（LaMnCoO）-（NiMnO）（x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5）的摩爾比復(fù)合，其中x為復(fù)合材料中LaMnCoO所占的摩爾比，混合后粉體研磨6h，于15Mpa下壓制成Φ10mm圓片，經(jīng)冷等靜壓，分別于1200℃，1250℃，1300℃下燒結(jié)4h，得到復(fù)合陶瓷塊體材料。

2.復(fù)合陶瓷材料的電性能分析

復(fù)合材料的電阻隨溫度的升高呈指數(shù)降低。此外，在復(fù)合材料中摻入Sb后，材料的電阻率有所降低。對(duì)電阻率取對(duì)數(shù)，顯示出良好的NTC特性，在整個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)（-60～200℃）材料都呈現(xiàn)線性特征，說(shuō)明其電導(dǎo)符合小極化子跳躍電導(dǎo)模型。此外隨著鈣鈦礦相含量的增加復(fù)合材料的電阻率增加 。

復(fù)合材料（BaSnSbO）-（NiMnO）（0≤x≤0.5，y=0，0.1）在-60～200℃內(nèi)室溫電阻率（ρ）和材料常數(shù)（B）隨鈣鈦礦相x的變化曲線。復(fù)合材料的電阻率均隨著鈣鈦礦相含量的增加而增加，其變化趨勢(shì)為，當(dāng)x≤0.2時(shí)，材料的電阻率隨x的增加而緩慢增加，當(dāng)x>0.2時(shí)，復(fù)合材料的電阻率均隨著x的增大而急劇增加。復(fù)合材料的材料常數(shù)B也隨著x的增加而增加，對(duì)于復(fù)合材料（BaSnO）-（NiMnO），當(dāng)x=0.4時(shí)B略有下降。對(duì)于復(fù)合材料（BaSnO）-（NiMnO），其室溫電阻率ρ，材料常數(shù)B，激活能Ea，溫度系數(shù)α，范圍分別為4123～40620Ω·cm，3962～4281K，0.3417～0.3692eV。對(duì)于復(fù)合材料（BaSnSbO）-（NiMnO）（0≤x≤0.5），其室溫電阻率ρ，材料常數(shù)B，激活能Ea，溫度系數(shù)α，范圍分別是4123～151049Ω·cm，3962～5475K，0.3417～0.4723eV。

材料隨溫度的升高，材料的電阻值呈指數(shù)降低，具有典型的NTC特性。對(duì)電阻率取對(duì)數(shù)，作其與絕對(duì)溫度的倒數(shù)的關(guān)系曲線。在1300℃下燒結(jié)后經(jīng)測(cè)試得到的材料常數(shù)B和室溫電阻率ρ隨Sb摻雜量y的變化曲線 。隨著Sb摻雜量的增加，復(fù)合材料的電阻率和B值都明顯增大。y從0增加到0.2時(shí)，材料的電阻率緩慢增加，當(dāng)y≥0.2，電阻率急劇增大，當(dāng)y增加到0.5時(shí)其電阻率約增加了3倍。復(fù)合材料的材料常數(shù)隨Sb摻雜量的增加也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。其電學(xué)參數(shù)的值，隨y的增加，復(fù)合材料的室溫電阻率從11.52KΩ·cm增加到30.52KΩ·cm，材料常數(shù)B從4220K增加到4656K，激活能Ea從0.3640增加到0.4015eV。

復(fù)合陶瓷材料于125℃下老化600h阻值變化率ΔR/R與BaSnSbO含量的變化關(guān)系曲線。老化600h后單相材料NiMnO的電阻漂移率為1.92%，復(fù)合材料的電阻漂移率隨BaSnSbO含量的增加而降低，當(dāng)x=0.5時(shí)，復(fù)合材料的電阻漂移率為0.39%，可見(jiàn)鈣鈦礦相的加入有利于提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性。其原因可解釋為：第二相的存在減弱了尖晶石相的氧化作用，從而使主尖晶石相具有較高的穩(wěn)定性。

3.總結(jié)

本文采用鈣鈦礦相和尖晶石相復(fù)合分別制備了以Ni0.66Mn2.34O4為基準(zhǔn)相的（BaSn1-ySbyO3）x（Ni0.66Mn2.34O4）1-x（0≤x≤0.5，0≤y≤0.5）復(fù)合NTC熱敏電阻材料，研究了復(fù)合材料在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中兩相結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)變化及離子遷移規(guī)律。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料對(duì)改變單相材料的使用溫度范圍及提高材料的老化穩(wěn)定性方面都有重要意義，為復(fù)合NTC熱敏電阻的發(fā)展具有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李丹.多鐵復(fù)合材料x(chóng)NiFe_（1.9）Mn_（0.1）O_4/（1-x）BaTiO_3的制備與性能研究[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，31（12）：18-22.

[2] 劉劍，聶敏.Al2O3含量對(duì)Ni0.6Mn2.4-xAlxO4熱敏材料性能的影響[J].電子元件與材料，2019，14（4）：233-234.

（作者單位：新疆維吾爾自治區(qū)計(jì)量測(cè)試研究院）