Page 39 - 机械工程材料2025年第三期

莫志伟，等：烧结温度和铌、锰掺杂量对钛酸铅钡基高居里点PTC陶瓷阻温特性的影响

率的比值）和温度系数（居里点后电阻率随温度变
化的相对变化程度）基本呈先增后减的趋势，居里
温度稳定为271~280 ℃。当掺杂锰的物质的量分数
为 0.001 0 时，升阻比最大，陶瓷的PTC效应最好，
此时陶瓷具有较高的居里温度（276 ℃） 和温度系数
［22-23］
（18.14%） 。根据Heywang-Jonker 模型，PTC效
应主要由陶瓷的晶界引起：随着锰掺杂量的增加，陶
瓷晶界处锰离子大量富集，对施主杂质（铌）的电子
图 2 1 290 ℃ 烧结温度下掺杂不同物质的量分数锰陶瓷的
XRD 谱 ( 铌物质的量分数为 0.002 8) 进行补偿，晶界处的自由电子浓度下降，从而导致晶
Fig. 2 XRD patterns of ceramics doped with different molar 界电阻增加，陶瓷的电阻率快速增加，升阻比提升，
fractions of Mn under sintering temperature of 1 290 ℃ 因此PTC效应提高。但是，当掺杂锰物质的量分数
(Nb molar fraction of 0.002 8) 超过0.001 0时，更多的锰离子进入晶粒内，晶界电

的受主杂质锰会增大陶瓷的晶界电阻率；随着锰掺 阻减小，对晶粒生长的抑制作用减弱，晶粒明显长
杂量的增加，陶瓷的升阻比（最大电阻率与最小电阻 大，晶粒内部电阻占据主导，PTC效应不再主要由

图 3 1 290 ℃ 烧结温度下掺杂不同物质的量分数锰陶瓷的断面 SEM 形貌 ( 铌物质的量分数为 0.002 8)
Fig. 3 SEM morphology of ceramic sections doped with different molar fractions of Mn under sintering temperature of 1 290 ℃
(Nb molar fraction of 0.002 8)
表1 1 290 ℃烧结温度下掺杂不同物质的量分数锰陶瓷的阻温特性参数(铌物质的量分数为0.002 8)
Table 1 Resistance temperature characteristic parameters of ceramics doped with different molar fractions of Mn under
sintering temperature of 1 290 ℃ (Nb molar fraction of 0.002 8)

锰物质的量分数 室温电阻/Ω 室温电阻率/(Ω · cm) 升阻比 居里温度/℃ 温度系数/%
0.000 5 329 8.73×10 3 1.521×10 2 272 6.12
0.000 8 389 1.03×10 4 2.714×10 2 271 8.71
0.001 0 400 1.14×10 4 2.917×10 3 276 18.14
4 3
0.001 5 1 300 3.45×10 1.050×10 280 15.87
4 3
0.002 0 1 818 6.82×10 1.128×10 277 13.51
6 3
0.002 5 55 000 2.06×10 1.054×10 276 12.94
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