外文翻译(中文)用氧化物粉末制NTC热敏电阻的微观结构与导电性能的关系Word格式文档下载.doc

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2011年6月7日

摘要

本文详细研究了通过氧化物方法制得尖晶石结构的Ni1-xMn2+xO4中，当x≈0时NiO在陶瓷烧结后的残余比例高。

Wickham（Wickham,D.G.，NiO-Mn2O3-O2系统中的固相平衡。

J.Inorg.Chem.,1964,26,1369-1377）证明了大气中温度高于900℃时尖晶石相的开始分解，而这个系统的烧结温度一般在1200℃左右，所以尖晶石的相的分解就变得不可避免。

分解过程对Ni1-xMn2+xO4基础陶瓷的微观结构和导电性能产生的影响，我们进行深一步的讨论。

关键词：

显微结构、导电性、尖晶石，导电性、热敏电阻。

1.介绍

负温度系数热敏电阻是在日益发展的电器和电子产品中发现的。

Ni1-xMn2+xO4，其中x表示偏离了NiO：

Mn2O3原来的1:

1的化学计量比，从而带来了一系列性能，适用于大部分温度传感应用。

当x=0时（镍亚锰酸盐，NiMn2+xO4），它的固溶体是反尖晶石结构，是以氧子群立方为中心的基于2х2х2排列的。

当x=1时，Mn2O4结构表现为扭曲的正方尖晶石。

通常我们用来表征热敏电阻特性的有电阻在25℃和85℃的电阻R1和R2，以及衡量在给定温度范围下设备的灵敏度的B值（单位开尔文）：

B=In（R1/R2）*T1T2/（T2-T1）

镍亚锰酸盐准确的导电机理还是未知的，但有一些模型认为是微小的极化子理论。

微小极化子导电有时候被称为跳跃机制，它包含了极化从一个阳离子到另一个的转移。

在镍亚锰酸盐系统中，我们假设混合价Mn3+，Mn4+阳离子在八面体位置上为微小的极化子提供了路径。

在尖晶石结构的八面体上的阳离子排列在沿<

110>

方向。

这些向量代表了阳离子间最小的距离。

在考虑Ni1-xMn2+xO4陶瓷应用的另一个重要的参数是它们的热学稳定性和它们的老化性能（在长时间中导电性能的变化，比如终身的组件）。

研究指出相比较立方材料，四方陶瓷的热稳定性更好，虽然前者的导电性能是后者的10到100倍。

这可以由Mn4+相较于Mn2+和Mn4+的浓度来解释，也可能是由于存在平面缺陷如铁弹性畴壁。

Ni1-xMn2+xO4陶瓷除了更传统的氧化物混合制得外，还可由磷酸盐和草酸制得。

不管是什么方法制得，烧结温度一般在1200℃，高于Wickham认为的在大气分解温度，即900℃。

所以陶瓷烧结使用传统的方法会包含多种的相，比如从分解尖晶石中的NiO和Mn富集的区域，与下列方程一致：

NiMn2O4→xNiO+（3-x）/3Ni（3-3x）/（3-x）

Mn（2x）/（3-x）Mn2O4+x/6O2

2.实验步骤

NiO和Mn2O3粉末按照1:

1的的比例用电子天平称出然后转移至装满ZrO2研磨介质的聚丙烯容器（ZrO2的总质量是由每组处理的量来决定的）。

每组研磨6个小时来减少颗粒的粒径，直至平均粒径为6μm最大的粒径为12μm，然后用吸滤器抽吸。

将所得到的悬浮液在70℃干燥一夜。

干燥得到的粉末放入莫来石坩埚中，在900℃下保温16个小时，然后再进行6小时的研磨。

将粉末挤压成一个一厘米直径的小球，在1250℃的高温下进行烧结，得到致密度大于95%。

使用透射电子显微镜和X射线衍射分别来表征微观结构和结构特征。

通过使用飞利浦PW1050CuK源衍射计来散射粉末。

扫描的速度是0.5°

每秒，每步0.02°

。

透射电子显微镜的样品是将陶瓷研磨至20μm的厚度，用粒子束抛光。

图像由JEOL200CX和3010TEMs获得，后者装备有LINK能量的色散X射线检测仪。

加速老化试验是470℃在无感应通风炉中进行。

温度的变化是由在试验旁边的热电偶的升高来监测。

通过陶瓷电极表面的铂金导线来得到HP4284ALCR测量的精确度。

通过闭合回路，将导线和接触面的电阻变化作为温度的一个函数考虑在内。

特别是温度在10小时内波动0.2℃的。

3.结果和讨论

Wickham在研究Ni1-xMn2+xO4固溶体中指出当温度高于900℃开始分解，并导致NiO形成和Mn富集的尖晶石相。

温度越高于这个开始温度，分解反应的速度就越快。

为了进一步研究分解反应和它对电性能的潜在影响，假设存在单相（在X衍射仪灵敏的范围内），正如图片1和图片2中显示的一系列在1000℃，1100℃，1200℃一小时热处理下的X衍射图像。

NiO的衍射峰的进展和Wickham的预测相一致。

NiO衍射峰的相对强度也随着温度的升高而加强。

图片3是透射电子显微镜图像清晰地显示出在一个单相材料中典型的尖晶石晶粒。

晶界和内部不受第二相的影响。

图片3其中一个尖晶石图像中插入的是是一个<

110>

区轴衍射模式。

图片4是一个样品在1250℃分解9个小时的透射电镜明场像。

在图像范围内插入的是一个<

ZADP模式。

基本反光可以通过岩盐结构的NiO的一个<

区轴来索引。

在半完整位置中来自尖晶石相的弱反光，被观察为暗反差。

岩盐和尖晶石结构的化合物总是呈立方平行立方的位置关系。

虽然尖晶石结构化合物有一个2х2х2的氧面心立方格子，具有岩盐结构的氧化物任然基于单面心氧基。

图1.单相陶瓷的XRD图像

图2.样品在1000,1100,1200保温一小时的XRD图像

为了研究作为分解功能的陶瓷老化性能，我们测试超过10小时在470℃±

0.2℃。

图片5是单相尖晶石和部分分解尖晶石的导电性能对时间在470°

从正常到初始值的变化过程。

单相样品显示出在测试中电阻的一个微小偏移，虽然部分分解样品表现出导电性能的稳定降低。

绝对初值的不同归因于在同量样品中小的不同。

图片6和7的图像显示了样品在在老化前后的变化。

图片6和图片5一致显示了试验后NiO的峰强度在前后的减少。

图片7和图片5一致显示了图像前后的一致。

我们认为在470°

的加速老化导致在实验过程中NiO被重新吸收到陶瓷中。

我们认为分解反应是在陶瓷的整个过程中同时进行的，同时NiO和尖晶石相紧密混合，正如图片4所表示的一致。

相反的过程会发生的快，因为更短距离的扩散。

但是，我们应该注意到在室温下老化应该与不同的气氛有关，二不是加速实验有关。

图3.在单相材料中尖晶石粒的BFTEM图像

图4.在NiO中尖晶石相的BFTEM图像

图5.图上表明在470度下单相和分解材料（在1250度保温9个小时）的正常电导对时间的关系

图6.单相样本（A）和（B）在加速老化之前和后的XRD图像

图7.样品加速老化之前（A）和老化之后（B）的XRD图像

4.结论

·

在温度小于900°

时，NiO和Mn2O3的反应比较慢，但是高于这个温度时，反应速度就越快。

随着温度的升高分解的速度加快，导致NiO和Mn富集的晶石在微观结构上的紧密结合。

最初的研究表明单相的陶瓷进过老化后热稳定性能得到实质的提高。

参考文献

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