臺灣博碩士論文加值系統

摘要

具有尖晶石結構之(Mn,Ni)3O4氧化物陶瓷體。其電阻會隨著溫度上升而急速下降, 此特性被運用於負溫度係數(Nagative Temperature Coefficience,NTC)熱敏電阻元件。傳統上在製備(Mn,Ni)3O4, 是由Mn和Ni之氧化物為起始材料直接合成, 此種方法有製程簡單､成本較低的優點 , 然而也有其缺點, 例如: 常有NiO 殘留､成分不均､粉末雜質及NTC之穩定性等問題, 因此若要改善上述問題,我們就必須要求粉末純度, 製造微細且分佈均一的粉體, 濕式合成法將是一種很好的方法。本實驗採用的共沈法是以硝酸鹽為起始材料, 將其配成0.2M的水溶液, 使其與草酸銨水溶液加熱混和後共沈析出所需之粉末。從實驗上發現, 其結果可降低煆燒溫度約200℃,製成上也較其它濕式合成法簡單､容易。此法所得之優點如下所述:(1)可得微細且均一之粉體(80nm∼568nm),有利於得到較緻密之燒結體。(2) 降低尖晶石相的生成溫度 ,較傳統之固態反應法低約200℃。燒溫度低可防止粉末粗化,可增加燒結性。(3)成分分佈均勻,且幾乎沒有NiO殘留的問題, 有利於穩定NTC之電性。

Abstract

Have (Mn,Ni)3O4 oxide ceramics of spinelle structure. Its resistance will drop rapidly as temperature rises, this characteristic is applied the nagative temperature coefficience thermistors. It is to directly compound for the initial material by the oxides of Mn and Ni to prepare powder traditionally. The method is inexpensive and process easily, these are its advantage. But there are its shortcomings, for example: often happen problematic such as NiO that remains, composition is uneven, impurity of the powder and Stability of NTC,etc. So if will improve above-mentioned problems. Must require the purity of the powder, make very smallly and distributed homogeneous powder, the chemical coprecipitation will be a kind of very good method. The experiment is to regard nitrate as the initial material by chemical coprecipitation. The nitrate and ammonium oxalate was prepared 0.2M, and mixed and heated to produce powder. Find from experiment, can reduce calcining temperature about 200℃, it is simpler and easy to make than other method. The coprecipitation have seom advantage: (1) The powder particle is smaller about (80nm∼568nm). (2) Reduce the calcin temperature about 200℃ than solid-solid reaction method. (3) The composition is distributed evenly and had not NiO remains.

內容目錄
中文摘要------------------------------------------------ i
英文摘要-------------------------------------------------ii
內容目錄------------------------------------------------iii
圖目錄--------------------------------------------------vii
表目錄--------------------------------------------------xi
第一章 緒論----------------------------------------------1
1.1 前言-------------------------------------------1
1.2 NTC材料---------------------------------------2
1.3 研究目的---------------------------------------3
第二章 文獻回顧-----------------------------------------4
2.1 AB2O4的晶體結構--------------------------------4
2.2 導電方式與機構--------------------------------5
2.3 尖晶石相之生成--------------------------------7
2.4 粉末合成之方法--------------------------------8
2.4.1 固態反應法----------------------------------8
2.4.2 化學共沉法----------------------------------8
2.5 NTC之基本性質--------------------------------9
2.5.1 電阻-溫度特性-------------------------------9
2.5.2 材料常數-----------------------------------10
2.5.3 溫度係數(�)-------------------------------11
2.5.4 電壓-電流特性------------------------------11
2.5.5 散逸常數(K)--------------------------------11
2.5.6 熱時間常數(τ)-----------------------------12
2.6 NTC之應用和用途-----------------------------12
2.6.1 溫度之測量與控制---------------------------12
2.6.2 溫度之補償---------------------------------12
2.6.3 其他---------------------------------------13
第三章 實驗方法----------------------------------------14
3.1 粉末合成-------------------------------------14
3.1.1 粉末之組成---------------------------------14
3.1.2 化學共沉法---------------------------------14
3.2 燒結體之製作---------------------------------15
3.2.1 成型---------------------------------------15
3.2.2 脫脂---------------------------------------15
3.2.3 燒結---------------------------------------16
3.3 分析儀器-------------------------------------16
3.3.1 感應耦和電漿原子發射光譜儀(ICP)------------16
3.3.2 DTA/ TGA------------------------------------16
3.3.3 XRD-----------------------------------------17
3.3.4 SEM-----------------------------------------17
3.4 特性測試--------------------------------------17
3.4.1 密度測量------------------------------------17
3.4.2 電阻-溫度特性-------------------------------18
3.4.3 穩定性測量(ΔR/R)---------------------------18
第四章 結果與討論---------------------------------------19
4.1 粉末合成--------------------------------------19
4.1.1 莫耳濃度之影響------------------------------19
4.1.2 先驅物之沉澱--------------------------------19
4.1.3 粉末之粒徑分佈儀量測------------------------20
4.1.4 X-ray---------------------------------------21
4.1.5 DTA/TGA升溫過程之相變化---------------------21
4.2 燒結溫度對緻密性及電性的影響------------------22
4.2.1 Ni-Mn系統-----------------------------------22
4.2.2 Zn-Ni-Mn系統--------------------------------23
4.2.3 Cu-Zn-Ni-Mn系統-----------------------------24
4.3 單軸加壓成型與冷均壓成型之電性比較-------------25
4.4 晶格常數對電性之影響--------------------------25
4.5 不同氣氛燒結對電性的影響----------------------26
4.5.1 Ni-Mn系統-----------------------------------26
4.5.2 Zn-Ni-Mn系統--------------------------------28
4.5.3 Cu-Zn-Ni-Mn系統-----------------------------28
4.6 穩定性(ΔR/R)---------------------------------29
第五章 結論---------------------------------------------30
第六章 參考文獻-----------------------------------------31
圖目錄
圖1 各種熱敏電組之電阻値-溫度曲線圖--------------------36
圖2 尖晶石結構示意圖-----------------------------------37
圖3 NTC元件之電子跳躍示意圖---------------------------38
圖4 NiO-Mn2O3-O2的相平衡圖------------------------------39
圖5化學共沉法粉體生成模式-----------------------------40
圖6 NTC之(a)電壓-電流特性、(b)電流-時間特性-----------41
圖7 NTC在(a)不同散逸常數k、(b)不同環境溫度下之電壓-電流特性-----------------------------------------------------42
圖8 NTC溫度補償例子-----------------------------------43
圖 9 化學共沉法實驗流程圖------------------------------44
圖10不同濃度之溶液(a) 0.1M、(b) 0.2M、(b) 0.3M所沉澱物之粒徑分佈圖-----------------------------------------------45
圖11沉澱物粉末在空氣中以每分鐘升溫5℃之DTA/TGA圖-----46
圖12 Ni0.66Mn2.34O4在不同煆燒溫度下(a)400℃、(b)500℃、(c)600℃、(d)700℃、(e)800℃、(f)900℃、X光繞射圖----------------47
圖13-1 Ni0.66Mn2.34O4在不同燒結溫度下X光繞射圖------------48
圖13-2 Ni0.66Mn2.34O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之電阻隨溫度變化之圖形-----------------------------------------------49
圖13-3 Ni0.66Mn2.34O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形-----------------------------------50
圖 13-4 Ni0.66Mn2.34O4在不同燒結溫度下及CIP成型法之微觀組織
圖------------------------------------------------------51
圖14-1 Zn0.3Ni0.66Mn2.04O4在不同燒結溫度下X光繞射圖---------52
圖14-2 Zn0.3Ni0.66Mn2.04O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之電阻隨溫度變化之圖形--------------------------------------------53
14-3 Zn0.3Ni0.66Mn2.04O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之lnρ(Ω-)隨溫度倒數變化之圖形------------------------------------54
圖15-1 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在不同燒結溫度下X光繞射圖---------55
圖15-2 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之電阻隨溫度變化之圖形--------------------------------------------56
圖15-3 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形--------------------------------57
圖16-1 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在不同燒結溫度下X光繞射圖---------58
圖16-2 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之電阻隨溫度變化之圖形--------------------------------------------59
圖16-3 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形--------------------------------60
圖17-1 Cu0.3Zn0.3Ni0.66Mn1.74O4在不同燒結溫度下X光繞射圖------61
圖17-2 Cu0.3Zn0.3Ni0.66Mn1.74O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之電阻隨溫度變化之圖形----------------------------------------62
圖17-3 Cu0.3Zn0.3Ni0.66Mn1.74O4在不同燒結溫度及冷均壓成形下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形-----------------------------63
圖18-1 Ni0.66Mn2.34O4在1200℃不同氣氛燒結下X光繞射圖------64
圖18-2 Ni0.66Mn2.34O4在1200℃不同燒結氣份下之電阻隨溫度變化之圖形------------------------------------------------------65
圖18-3 Ni0.66Mn2.34O4在1200℃不同燒結氣分下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形------------------------------------------66
圖18-4 Ni0.66Mn2.34O4(a)氮氣燒結1200℃(b)氮氣燒結1200℃後再以氧氣燒結1200℃之x光繞射圖比較----------------------------67
圖19-1 Zn0.3Ni0.66Mn2.04O4在1200℃不同氣氛燒結下X光繞射圖---68
圖19-2 Zn0.3Ni0.66Mn2.04O4在1200℃不同燒結氣份下之電阻隨溫度變化之圖形--------------------------------------------------69
圖19-3 Zn0.3Ni0.66Mn2.34O4在1200℃不同燒結氣分下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形--------------------------------------70
圖19-4 Zn0.3Ni0.66Mn2.04O4在1200℃不同燒結氣份之微觀組織圖---71
圖20-1 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在1200℃不同氣氛燒結下X光繞射圖---72
圖20-2 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在1200℃不同燒結氣份下之電阻隨溫度變化之圖形---------------------------------------------------73
圖20-3 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在1200℃不同燒結氣分下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形---------------------------------------74
圖20-4 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在1200℃不同燒結氣份之微觀組織圖----75
圖21-1 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在1200℃不同氣氛燒結下X光繞射圖----76
圖21-2 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在1200℃不同燒結氣份下之電阻隨溫度變化之圖形---------------------------------------------------77
圖21-3 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在1200℃不同燒結氣分下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形---------------------------------------78
圖21-4 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在1200℃不同燒結氣份之微觀組織圖---79
圖22-1 Cu0.3Zn0.3Ni0.66Mn1.74O4在1200℃不同氣氛燒結下X光繞射圖-80
圖22-2 Cu0.3Zn0.3Ni0.66Mn1.74O4在1200℃不同燒結氣份下之電阻隨溫度變化之圖形-----------------------------------------------81
圖22-3 Cu0.3Zn0.3Ni0.66Mn1.74O4在1200℃不同燒結氣分下之lnρ(Ω-cm)隨溫度倒數變化之圖形-------------------------------------82
表目錄
表1 NTC熱敏電阻的用途----------------------------------33
表2 Ni0.66Mn2.34O4在不同濃度之沉殿量------------------------33
表3-1 Ni0.66Mn2.34O4在不同製程下之試品密度------------------34
表3-2 Zn0.3Ni0.66Mn2.04O4在不同製程下之試品密度--------------34
表3-3 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在不同製程下之試品密度--------------34
表3-4 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在不同製程下之試品密度--------------35
表3-5 Cu0.3Zn0.3Ni0.66Mn1.74O4在不同製程下之試品密度-----------35
表4 Ni0.66Mn2.34O4在不同製程下之電阻特性--------------------83
表5 Zn0.3Ni0.66Mn2.04O4在不同製程下之電阻特性-----------------84
表6 Zn0.6Ni0.66Mn1.74O4在不同製程下之電阻特性-----------------85
表7 Zn1.02Ni0.66Mn1.32O4在不同製程下之電阻特性-----------------86
表8 Cu0.3Zn0.3Ni0.66Mn1.74O4在不同製程下之電阻特性--------------87

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