复合陶瓷材料的制备与电性能

黄翠萍

摘要：负温度系数（NTC）热敏电阻具有灵敏度高，响应快且成本低廉，体积小等众多优点，NTC热敏电阻材料在温度传感器，温度补偿器件，金属热电偶，半导体陶瓷等领域都有广泛的应用。目前，最常用的一种NTC热敏电阻器是由Mn、Ni、Co、Cu等过渡金属元素氧化物组成的通式为AB2O4的单一结构的尖晶石相。此类材料的应用温区较窄，且烧结后材料内部缺陷分布的不均匀性使材料的电性能容易发生改变，在中温区使用时稳定性较差。因此，探索新型的使用温区较宽、稳定性较好的热敏电阻材料具有重要意义。

关键词：复合NTC;热敏电阻材料;制备;电性能

0.引言

复合材料作为一种具有很大发展前景的材料，为材料性能的改变发挥了重要作用。利用复合材料的乘积效应和加和性，可以对材料的微观结构和电性能进行控制，从而获得单相材料无法得到的性能。对此，探讨复合陶瓷材料（BaSnSbO）-（NiMnO）（0≤x≤0.5，y=0，0.1）（下列简称复合陶瓷材料）的制备与电性能具备显著实际意义。对此，探讨复合陶瓷材料的制备与电性能具备显著实际意义。

1.复合陶瓷材料的制备

使用分析纯的La₂O、MnO、CoO為原料，按照设计的LaMnCoO（0≤y≤0.5）的化学计量比计算各氧化物质量。将称量好的氧化物原料放入球磨罐中，并以玛瑙球为球磨介质，以无水乙醇和去离子水为分散剂，球磨罐球：料：水比例为1：2.5：1。后将球磨罐放入球磨机研磨8h，球磨后的浆料于80℃烘干12h。烘干后前驱体再次研磨2h于1000℃下煅烧2h，得到粉体材料 。

同样，使用分析纯的MnO和NiO为原料，按NiMnO的化学计量比计算各氧化物质量。将称量好的氧化物原料放入球磨罐中，并以玛瑙球为球磨介质，以无水乙醇和去离子水为分散剂，球磨罐球料：水：比例为1：2.5：1。后将球磨罐放入球磨机中球磨8h，球磨后的浆料于80℃下烘干12h。烘干后的前驱体再次研磨2h后在950℃下煅烧2h，得到单一尖晶石相NiMnO粉体材料。

将煅烧后的两种单相粉体材料分别研磨4h，按（LaMnCoO）-（NiMnO）（x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5）的摩尔比复合，其中x为复合材料中LaMnCoO所占的摩尔比，混合后粉体研磨6h，于15Mpa下压制成Φ10mm圆片，经冷等静压，分别于1200℃，1250℃，1300℃下烧结4h，得到复合陶瓷块体材料。

2.复合陶瓷材料的电性能分析

复合材料的电阻随温度的升高呈指数降低。此外，在复合材料中掺入Sb后，材料的电阻率有所降低。对电阻率取对数，显示出良好的NTC特性，在整个温度区间内（-60～200℃）材料都呈现线性特征，说明其电导符合小极化子跳跃电导模型。此外随着钙钛矿相含量的增加复合材料的电阻率增加 。

复合材料（BaSnSbO）-（NiMnO）（0≤x≤0.5，y=0，0.1）在-60～200℃内室温电阻率（ρ）和材料常数（B）随钙钛矿相x的变化曲线。复合材料的电阻率均随着钙钛矿相含量的增加而增加，其变化趋势为，当x≤0.2时，材料的电阻率随x的增加而缓慢增加，当x>0.2时，复合材料的电阻率均随着x的增大而急剧增加。复合材料的材料常数B也随着x的增加而增加，对于复合材料（BaSnO）-（NiMnO），当x=0.4时B略有下降。对于复合材料（BaSnO）-（NiMnO），其室温电阻率ρ，材料常数B，激活能Ea，温度系数α，范围分别为4123～40620Ω·cm，3962～4281K，0.3417～0.3692eV。对于复合材料（BaSnSbO）-（NiMnO）（0≤x≤0.5），其室温电阻率ρ，材料常数B，激活能Ea，温度系数α，范围分别是4123～151049Ω·cm，3962～5475K，0.3417～0.4723eV。

材料随温度的升高，材料的电阻值呈指数降低，具有典型的NTC特性。对电阻率取对数，作其与绝对温度的倒数的关系曲线。在1300℃下烧结后经测试得到的材料常数B和室温电阻率ρ随Sb掺杂量y的变化曲线 。随着Sb掺杂量的增加，复合材料的电阻率和B值都明显增大。y从0增加到0.2时，材料的电阻率缓慢增加，当y≥0.2，电阻率急剧增大，当y增加到0.5时其电阻率约增加了3倍。复合材料的材料常数随Sb掺杂量的增加也呈现上升趋势。其电学参數的值，随y的增加，复合材料的室温电阻率从11.52KΩ·cm增加到30.52KΩ·cm，材料常数B从4220K增加到4656K，激活能Ea从0.3640增加到0.4015eV。

复合陶瓷材料于125℃下老化600h阻值变化率ΔR/R与BaSnSbO含量的变化关系曲线。老化600h后单相材料NiMnO的电阻漂移率为1.92%，复合材料的电阻漂移率随BaSnSbO含量的增加而降低，当x=0.5时，复合材料的电阻漂移率为0.39%，可见钙钛矿相的加入有利于提高复合材料的稳定性。其原因可解释为：第二相的存在减弱了尖晶石相的氧化作用，从而使主尖晶石相具有较高的稳定性。

3.总结

本文采用钙钛矿相和尖晶石相复合分别制备了以Ni0.66Mn2.34O4为基准相的（BaSn1-ySbyO3）x（Ni0.66Mn2.34O4）1-x（0≤x≤0.5，0≤y≤0.5）复合NTC热敏电阻材料，研究了复合材料在高温烧结过程中两相结构的微观结构变化及离子迁移规律。发现复合材料对改变单相材料的使用温度范围及提高材料的老化稳定性方面都有重要意义，为复合NTC热敏电阻的发展具有重要的参考价值。

参考文献：

[1] 李丹.多铁复合材料xNiFe_（1.9）Mn_（0.1）O_4/（1-x）BaTiO_3的制备与性能研究[J].长春师范大学学报，2017，31（12）：18-22.

[2] 刘剑，聂敏.Al2O3含量对Ni0.6Mn2.4-xAlxO4热敏材料性能的影响[J].电子元件与材料，2019，14（4）：233-234.

（作者单位：新疆维吾尔自治区计量测试研究院）