鈦酸鉛鋇正溫度係數電阻之特性研究

Abstract

鈦酸鋇（BaTiO ）正溫度係數電阻（PTCR）材料被廣泛的研究已有近三十年之歷史， 由於其特殊之電學性質，因而被廣泛的應用於各種溫度及環境感測之上。加鉛以後的 正溫度係數電阻材料BPTO可因此提昇其居里溫度進而應用於各種加熱器或工業上特殊 加熱之用途。由於鉛在高溫燒結時易於損耗，因而使得此種含鉛之高居里溫度PTCR材 料在製作上相當的困難。 本文之目的在於研究如何利用商業化的純鈦酸鋇粉末來製備BPTO高居里溫度陶瓷材料 ，進而研究其PTCR之性質。選擇適當的昇溫速率、降溫速率以及燒結停留時間，再利 用粉末覆蓋法、特殊之鉛氣氛燒結法以及氧化鈣、氧化鎂等輔助性添加物，我們可以 製作高性能之BPTO材料，其含鉛量可達８０莫耳百分比，最大之電阻變化至４．６次 方，而其居里溫度更是高過４００度以。為目前世界第一位以商業化之純鈦酸鋇粉末 成功製作高性能４００度以上居里溫度之BPTO陶瓷材料者。 添加氧化鈣於BPTO材料之中可以促進燒結，在本文中第一次n-型鈦酸鋇之缺陷化學模 型（defect chemistry）加以適當解釋。其理論與本實驗結果完全符合。由此並推論 添加氧化鋇應可得到更佳之結果，應可作更進一步之研究。 利用複數阻抗平面及阻抗頻譜之分析方法，我們證明PTCR效應是發生於晶界而不是晶 粒之中。另外，也因此發現PTCR之退火效應，經以EPMA技術對電極界面作元素觀察後 ，發現此種現象可能是電極材料之滲透效應，其與試片之密度、孔度有極大之關係。