题名LaCrO3-Mg(Al1-xCrx)2O4复合热敏陶瓷的制备及性能研究
作者杨田
答辩日期2017-05-25
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师常爱民
关键词高温ntc热敏电阻 钙钛矿结构 电性能 老化特性 尖晶石结构
学位名称硕士
学位专业微电子学与固体电子学
英文摘要

目前能实际应用的高温NTC热敏电阻还较少,因此需研究新型高温NTC热敏电阻材料,以满足应用需求。MgAl2O4是一种典型的尖晶石结构(AB2O4)化合物,其化学性质非常稳定,熔点高(>2200 ℃)。但由于MgAl2O4 电阻率很高,不能直接被应用于高温热敏电阻器。本研究通过离子取代和复合高电导相材料的办法对其电性能进行改进。本文以MgAl2O4为基体材料,研究Cr离子取代部分Al离子对材料的电导率的影响,并研究其导电机理;采用常规烧结与真空热压烧结制备Mg(Al1-xCrx)2O4陶瓷材料,研究不同烧结方法对材料电性能及结构的影响;随后与高稳定性、高电导率的LaCrO3复合,研究复合材料的复合度、结构和电性能之间的关系,并对复合陶瓷材料进行老化试验,研究其老化机理。主要研究结果如下:1. 通过常规烧结方法成功制备了Mg(Al1-xCrx)2O4陶瓷材料,其相结构为与MgAl2O4(JCPDF 21-1152)同构的立方尖晶石相,该材料在500-1000 ℃测试范围内,随着测试温度的升高其电阻率逐渐降低,表现出显著的负温度系数特性。 Mg(Al1-xCrx)2O4陶瓷样品的ρ500、B500/800、Ea 数值,其变化范围分别为2.67×103~3.72×107 Ωcm, 6731~11886 K, 0.581~1.025 eV。当材料中Cr掺杂量的增多时,电阻率逐渐降低,这是由于Cr3+离子取代部分Al3+,在高温烧结过程中有铬挥发,会产生空穴,为达到电荷平衡,部分Cr3+ 变为Cr4+,XPS测试表明样品中确实存在Cr3+ 、Cr4+两种价态。在Cr3+ 和Cr4+之间会发生跳跃导电,随着Cr离子浓度的提高,其电阻率降低。 2. 采用常规烧结和真空热压烧结制备Mg(Al1-xCrx)2O4陶瓷材料,研究不同烧结方法对陶瓷材料微观结构和电性能的影响。两种方法制备的陶瓷材料,其相结构都为与MgAl2O4(JCPDF 21-1152)同构的立方尖晶石相。经真空热压烧结后,其晶粒尺寸仍为纳米级,且烧结致密性有很大提高,在x=0.3时达到最大值92.3 %, 而常规烧结陶瓷材料在x=0.3时为77.7 %。真空热压烧结过程中,外界给予的机械压力为材料中晶界移动、粒子重排提供了驱动力,低氧分压抑制了Cr挥发,从而提高了材料的致密性。当测试温度升高时,材料的电阻率下降,具有负温度系数特性。由于真空热压烧结过程中,Cr挥发量减少,导致Cr4+离子减少,使电阻率增加,使得真空烧结材料样品有更高的电阻率和B值。3. 采用常规烧结法成功制备了LaCrO3-Mg(Al0.7Cr0.3)2O4复合陶瓷材料,该材料为两相复合材料,存在与MgAl2O4 (JCPDS 21-1152)同构的立方尖晶石相和 LaCrO3 (JCPDS 24-1016) 钙钛矿相。复合热敏电阻材料的ρ300、B400/800、Ea 值的变化范围分别为1.55×102~1.41×108 Ωcm、756~11317 K、0.065~0.976 eV。可以通过调节LaCrO3含量,对复合陶瓷材料的电性能进行大幅度的调节。由于渗流现象,复合陶瓷材料在复合度为0.1~0.2 时其电阻率、B值发生剧烈下降。对0.2LaCrO3-0.8Mg(Al0.7Cr0.3)2O4复合陶瓷材料在900 ℃条件下进行700 h的高温老化实验,结果表明在前400 h的老化实验中,其电阻漂移率较大,最高可达11.7 %,随着老化时间延长电阻漂移率下降,老化500 h后其电阻漂移率均在6 %以内。真空热压烧结制备0.2LaCrO3-0.8Mg(Al0.7Cr0.3)2O4复合陶瓷材料,随着烧结温度的升高,其致密度降低,导致电阻率升高。

内容类型学位论文
源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/4944]  
专题新疆理化技术研究所_材料物理与化学研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
杨田. LaCrO3-Mg(Al1-xCrx)2O4复合热敏陶瓷的制备及性能研究[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2017.
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