烧结助剂添加对BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3陶瓷PTC性能的影响

烧结助剂添加对BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3陶瓷PTC性能的影响

摘要：陶瓷PTC材料具有温度敏感性能，其电阻随温度的升高而增大。本研究以BaTiO3作为基础材料，掺杂不同比例的K0.5Bi0.5TiO3，并添加不同的烧结助剂，制备陶瓷PTC材料。通过扫描电子显微镜观察材料的微观结构，通过电阻-温度曲线分析材料的PTC特性变化，研究了。结果表明，烧结助剂的添加可以显著影响PTC材料的微观结构和PTC特性。在适当比例下，烧结助剂的添加可以提高材料的密度和晶界结合强度，从而提高PTC效应。

关键词：烧结助剂；PTC材料；BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3；微观结构；PTC特性

引言

陶瓷PTC材料由于其温度敏感性能而在电子领域中得到广泛应用。与普通电阻材料相比，陶瓷PTC材料在温度升高时电阻呈指数级增加，可以实现过流保护和电流限制的功能。目前，BaTiO3是一种常用的PTC材料，其PTC特性可以通过掺杂其他原料来改善。K0.5Bi0.5TiO3作为一种铁电材料，具有优良的电学性能，因此用于掺杂BaTiO3以提高PTC效应已成为研究热点。然而，由于BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3陶瓷的高烧结温度和高极化温度，制备过程中晶粒长大且极化困难，影响了材料的PTC性能。

实验方法

1.实验材料的制备

将BaTiO3和K0.5Bi0.5TiO3粉末按照一定比例混合，并将混合粉末置于高能球磨机中进行球磨处理，以提高粉体的分散性。然后，根据实验设计中的不同掺杂比例，将球磨后的粉末按照一定比例加入到BaTiO3基础材料中。同时，为了改善材料的烧结性能，采用了不同的烧结助剂，包括MgO、SiO2和CaO。

2.材料的烧结和制备

将混合粉末通过压制成型后进行烧结处理。采用真空烧结方法，在800℃下进行保温2h，然后以5℃/min的速度升温至1250℃并保温2h，最后自然冷却。烧结后的样品进行表面平整化处理，以获得平整的试样。

3.材料的性能测试

使用扫描电子显微镜观察样品的表面形貌和微观结构。使用三线法对样品的电阻-温度曲线进行测试，以分析PTC特性。

结果与讨论

通过SEM观察，发现添加烧结助剂后，BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3陶瓷材料的晶粒尺寸有所增加，晶界结合性能得到了改善。当添加MgO烧结助剂时，晶粒尺寸更大、晶界结合强度更高；添加SiO2时，可以观察到石英相和玻璃相的形成，晶界增强效果较好；添加CaO时，可观察到钙钛矿相的形成，晶粒尺寸适中、晶界结合性能较好。

通过电阻-温度曲线测试发现，未添加烧结助剂的样品PTC效应较弱，温度敏感性差，材料电阻变化不明显。而添加合适烧结助剂的样品PTC效应显著增强，电阻温度系数明显提高。其中，添加MgO的样品表现出较高的PTC效应，电阻温度系数可达到100%左右。

结论

本研究通过掺杂K0.5Bi0.5TiO3和添加不同烧结助剂的方法，制备了一种新型的BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3陶瓷PTC材料。研究结果表明，烧结助剂的添加可以显著影响材料的微观结构和PTC性能。在适当比例下，烧结助剂的添加可以提高材料的密度和晶界结合强度，从而提高PTC效应。上述发现对于进一步优化陶瓷PTC材料的制备工艺和性能提高具有指导意义。

本研究通过SEM观察和电阻-温度曲线测试发现，添加不同烧结助剂对BaTiO3/K0.5Bi0.5TiO3陶瓷材料的晶粒尺寸和晶界结合性能以及PTC效应有明显影响。添加MgO烧结助剂可以增大晶粒尺寸和提高晶界结合强度，导致较高的PTC效应和电阻温度系数。添加SiO2可以形成石英