畢業(yè)設計（論文）-Al離子摻雜Mn3O4基膜片溫敏材料的制備與性能研究1.doc

Al離子摻雜Mn3O4基膜片溫敏材料的制備與性能研究I摘要本文研究了FeMnNi1-xAlxO4的制備、結(jié)構(gòu)與性能。利用塑性成型法成型，以高溫固相法制備FeMnNi1-xAlxO4。用Y2000Automatedx-rayDiffractometersystem對樣品的相結(jié)構(gòu)進行分析。用型號為SEMI-VICKERSHARDNESSTESTERHV-10的維氏硬度儀測量樣品的硬度。用自制的設備測量樣品的溫阻特性。結(jié)果表明，所摻雜的氧化鋁與FeMnNiO4形成了固溶體；已制備好的NTC熱敏電阻電阻率和絕對溫度的倒數(shù)之間的關系為線性關系，顯示了所制備材料的負溫度系數(shù)特性；隨著Al2O3摻量的增加，樣品的B值逐漸增加，且老化后各樣品的B值增大，對溫度變化的敏感性增強；在熱敏常數(shù)B為定值時，NTC的電阻率隨著氧化鋁含量的增加而增加。關鍵詞FeMnNi1-xAlxO4負溫度系數(shù)熱敏電阻塑化劑固溶體B值安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計IIAbstractInthispaper,thepreparation、structuresandpropertiesofFeMnNi1-xAlxO4havebeendiscussed.UsingplasticizertohelpshapeandhightemperaturesolidstatereactiontoprepareFeMnNi1-xAlxO4.WithY2000Automatedx-rayDiffractometersystem,thephasestructureofthesampleswereanalyzed.ThehardnessofthesamplewasmeasuredbythemodelSEMI-VICKERSHARDNESSTESTERHV-10Vickershardness.Usinghomemadeequipmenttoanalyzetemperatureandresistancecharacteristicsofthesample.Theresultsshowthatthealuminaandotheroxidesformedsolidsolution；Therelationshipbetweentheresistivityofthesampleandthereciprocalofabsolutetemperatureislinear,whichjustshowedthenegativetemperaturecoefficientcharacteristicsofNTC；WiththeAl2O3contentincreasing,thevalueofBgraduallyincreased,andafteraging,thevalueofBalsoincreaseed,whichshowedthetemperaturesensitivityofthesamplewasmorestrength；WhenthethermalconstantBisconstant,NTCresistivityincreasedwithaluminacontentincreases.Keywords:FeMnNi1-xAlxO4NTCplasticizersolidsolutionthethermalconstantBAl離子摻雜Mn3O4基膜片溫敏材料的制備與性能研究III目錄摘要.IAbstract.II目錄.III第一章綜述.111負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻材料體系.1111NTC熱敏電阻的歷史.1112NTC熱敏電阻的基本特征參數(shù).2113NTC熱敏電阻種類及材料組成體系.312NTC熱敏電阻的制備.4121粉體制備.5122生坯成型.6123燒結(jié).7124電極制備.7125阻值調(diào)整.7126敏化與老練.713室溫固相反應法制備NTC陶瓷粉體.8131固相反應機理.8132影響因素.914NTC熱敏電阻的應用及發(fā)展趨勢.9141NTC熱敏電阻的應用.9142NTC熱敏電阻發(fā)展方向.1215NTC熱敏電阻材料的電性能.15151NTC陶瓷的結(jié)構(gòu)與導電機理.15152陽離子分布與電性能變化趨勢.15安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計IV153不同過渡金屬離子對電性能影響.1616本文的研究思路.17第二章實驗.1821前言.1822實驗方法.18221樣品制備.18222相結(jié)構(gòu)分析.19223樣品的成型.20224燒結(jié).20225密度計算.20226電學性能測試.21227力學性能測量.22第三章結(jié)果與討論.2331樣品結(jié)構(gòu)表征.2332樣品的密度.2433樣品的力學性能.2534樣品的電學性能.26341電阻率.26342老化系數(shù).29第四章結(jié)論.30參考文獻.31致謝.33Al離子摻雜Mn3O4基膜片溫敏材料的制備與性能研究1第一章綜述11負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻材料體系111NTC熱敏電阻的歷史熱敏陶瓷材料是指其電阻率對溫度變化很敏感的陶瓷材料。按電阻率隨溫度變化的規(guī)律可分為：正溫度系數(shù)(PTC)熱敏陶瓷，負溫度系數(shù)(NTC)熱敏陶瓷和臨界溫度系數(shù)(CRT)熱敏陶瓷一其電阻率隨溫度變化的曲線如圖1，1所示1。圖11熱敏陶瓷電阻率隨溫度的變化1932年德國首先用氧化鈾制成了NTC熱敏電阻，隨后以氧化銅、硫化銀、鈦酸鎂等為原料制備的半導體熱敏電阻相繼問世。然而，這類材料穩(wěn)定性差，容易氧化，須在保護氣氛中使用。在20世紀40年代Bell實驗室以Mn、Fe、Co、Ni等過渡金屬氧化物為原料，開發(fā)出溫度系數(shù)較大(16-1)、性能穩(wěn)定、一致性好的陶瓷熱敏電阻：這類熱敏電阻可工作于較寬溫度(-60300)范圍。50年代初，Al、Mg、Er、Be等金屬氧化物以及Ni、Mn、Co和某些稀土元素氧化物的高溫(300以上)熱敏電阻相繼出現(xiàn)。50年代后期，為了滿足空間低溫技術的需求，阻過渡金屬復合氧化物為主的低溫熱敏電阻器(420K，2080K，77安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計2300K三檔)問世。60年代又發(fā)現(xiàn)以V02為主要材料的臨界溫度陶瓷熱敏電阻，這種熱敏電阻的電阻率能在某一溫度突然降低幾個數(shù)量級。70年代日本又開發(fā)出具有線性阻溫特性的半導體熱敏電阻。這種熱敏電阻應用于溫度測量上比非線性熱敏電阻更為方便2。112NTC熱敏電阻的基本特征參數(shù)NTC熱敏電阻的基本特征參數(shù)包括標準阻值R25、熱敏常數(shù)B、電阻的溫度系數(shù)、耗散系數(shù)H以及老化值3。在實際使用過程中，經(jīng)常用到的參數(shù)主要是標準阻值和熱敏常數(shù)。下面分別介紹：(1)標準電阻R25()，是指熱敏電阻在25時的阻值。即在規(guī)定溫度下(25)，采用引起電阻值變化不超過01的測量功率所測得的電阻值。熱敏電阻的電阻值與溫度的關系為：R=R0exp(Ea/kT)式（1.1）R0是溫度為無窮大時的電阻，Ea是激活能，k是Boltzmann常數(shù)，T是絕對溫度。(2)熱敏常數(shù)B(K)，是描述熱敏電阻物理特性的一個參數(shù)，定義為：B=Ea/k，B值越大，靈敏度越高。B值通常測定兩個溫度的電阻值來計算：B=ln(R1/R2)/(1/T1)-(1/T2)式（1.2）R1和R2分別為在T1和T2溫度下測量的電阻值，在實驗中分別是25和85，這樣公式便可簡化為：B=1778ln(R25/R85)式（1.3）(3)電阻的溫度系數(shù)(K-1)，是指溫度變化1時電阻值的變化率。即=1/RdR/Dt=-B/T2式（1.4）顯然，電阻的溫度系數(shù)并非常數(shù)，它隨著溫度的升高而迅速減小。還可以推出，B越大，就越大，電阻值對溫度的變化也就越敏感。(4)耗散系數(shù)H(W/)，表示熱敏電阻溫度升高時1所消耗的功率。它是描述熱敏電阻器工作時，電阻器與外界環(huán)境進行熱量交換的一個量。H值的大小與熱敏電阻的材料、結(jié)構(gòu)以及媒質(zhì)的種類及狀態(tài)有關，在工作溫度范圍內(nèi)，H隨著溫度T的增加而略有增大。Al離子摻雜Mn3O4基膜片溫敏材料的制備與性能研究3113NTC熱敏電阻種類及材料組成體系NTC熱敏電阻材料體系種類繁多。各種熱敏電阻的組成、相組成及應用領域見表11。表11各種典型NTC熱敏陶瓷的主要組成與應用4種類主要組成晶系用途低溫型NTC（-60以下）MnO、CuO、NiO、Fe203、CoO等尖晶石型低溫測量與控制常溫型（-60300）Cu-Mn-O、Co-Mn-O、Ni-Mn-O、Mn-Co-Ni-O、Mn-Cu-Ni-O、Mn-Co-Cu-O、Mn-Co-Ni-Fe-O系尖晶石型家用電器、工業(yè)上溫度檢測高溫型（300以上）Zr02、CaO、Y2O3、CeO2、Nd2O3、TbO2螢石型汽車排氣，工業(yè)高溫設備的溫度檢測，觸媒轉(zhuǎn)化器、熱反應器異常溫度報警MgO、NiO、A1203、Cr203、Fe2O3尖晶石型CoO、MnO、NiO、Al203、Cr2O3、CaSiO4CoO、NiO、Al203BaO、SrO、MgO、Ti02、Cr2O3鈣鈦礦型NiO、Ti02臨界溫度系數(shù)（CRT）VO2金紅石控溫、報警線性溫阻關系CdO-Sb203-WO3、CdO-Sn02-W03CdW03+Cd2Sb207數(shù)字化測溫數(shù)字化測溫根據(jù)阻溫特性可以分成三種類型：一種是緩變型的熱敏電阻，如圖11中的b曲線所示，在實際使用中這種類型是使用的最多的一類；另一種是負溫度突變型，又