钛酸锶钡半导瓷的低温烧结特性研究

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1、华中科技大学博士学位论文钛酸锶钡半导瓷的低温烧结特性研究姓名：孔明日申请学位级别：博士专业：微电子学与固体电子学指导教师：姜胜林20090701华中科技大学博士学位论文摘要自上世纪50年代PTCR效应被发现以来，PTCR半导体陶瓷作为一种重要的控制、保护和发热元件，已广泛应用于通信、家用电器、汽车、航天等领域，成为铁电陶瓷中继电容器及压电器件之后的第三大类应用产品。但是，BaTiO3基PTCR陶瓷的烧结温度高，使得在制作多层片式PTCR器件时，陶瓷层和电极间的共烧非常困难，因此，降低BaTiO3基PTCR陶瓷的烧结温度对PTCR陶瓷的片式应用显得非

2、常关键。本文选择BaTiO3基PTCR陶瓷为研究对象，以降低PTCR陶瓷的烧结温度为主要研究目标，开展了传统固相法和溶胶-凝胶法制备的BaTiO3基PTCR陶瓷的低温烧结研究工作，为了提高低温烧结PTCR陶瓷的性能，把添加烧结助剂以及烧结助剂改性作为主要技术途径。首先，采用传统固相法制备BaTiO3基PTCR陶瓷，在1100℃合成BaB2O4烧结助剂的基础上进行PTCR陶瓷的低温烧结，研究BaB2O4烧结助剂添加对BaTiO3基PTCR陶瓷低温烧结、显微结构和电性能的影响；指出添加适量的BaB2O4烧结助剂是获得较好的电性能的低温烧结PTCR陶瓷的

3、前提。通过实验分析，在保证BaTiO3基PTCR陶瓷低温烧结的基础上，为了降低BaTiO3基PTCR陶瓷室温电阻率，在BaB2O4烧结助剂中加入SiO2，研究BaO-B2O3-SiO2烧结助剂中SiO2对BaTiO3基PTCR陶瓷晶界化学组成、显微结构和电性能的影响，提出由SiO2添加的烧结助剂改性机理。实验结果表明，当添加含有5mol%SiO2的BaO-B2O3-SiO2烧结助剂时，在1050℃保温3h下烧结的样品的室温电阻率为210Ω·cm，3升阻比为1.5×10。以降低BaTiO3基PTCR陶瓷的烧结温度和提高PTCR效应为目的，研究BaO-

4、B2O3-SiO2烧结助剂与Mn加入方式对低温烧结特性的影响。在低温烧结过程中，研究BaO-B2O3-SiO2-MnO烧结助剂添加对BaTiO3基PTCR陶瓷低温烧结、显微结构和电性能的影响，添加含有0.06mol%Mn的BaO-B2O3-SiO2-MnO烧结助剂的样品在31050℃烧结，室温电阻率为306Ω·cm，升阻比值为4.23×10。而且，对受主表面态密I华中科技大学博士学位论文度与电性能关系进行了研究，并从理论上探讨了BaO-B2O3-SiO2-MnO烧结助剂能降低室温电阻率和提高PTCR效应的原因。采用溶胶-凝胶法制备了性能优良的BaT

5、iO3基PTCR前驱粉体，利用BaB2O4烧结助剂，在此基础上研究烧结助剂对BaTiO3系半导体纳米材料烧结特性、显微结构和电性能影响的规律。研究发现：在溶胶-凝胶法制备的纳米粉体中添加3mol%4BaB2O4，在1050℃烧结，室温电阻率为160Ω·cm，升阻比为1.45×10。关键词：Y-BaTiO3，PTCR效应，溶胶-凝胶法，低温烧结，烧结助剂II华中科技大学博士学位论文AbstractSincetheeffectofpositivetemperaturecoefficientofresistivity(PTCR)forBaTiO3semi

6、conductingceramicswasdiscoveredin1950s,thePTCRthermistorsbasedonBaTiO3semiconductiveceramicsmaterialsbecomethethirdapplicationbehindcapacitorsandpiezoelectricceramicapplicationsandareusedwidelyincommunication,householdelectricalappliancesandautomobilessand.However,conventional

7、BaTiO3ceramicispreparedathighsinteringtemperatureabove1300℃.Itisratherdifficulttorealizeco-firingprocessinfabricationofmultilayerPTCRdevices.Topreparethemultilayercomponents,thelow-temperaturesinteringtechnologyisveryimportant.Inthispaper,theBaTiO3basedPTCRceramicsareusedasmai

8、nmaterials.Theaimofthisworkistodecreasethesinteringtemperatur