烧结工艺的制定及遵循的原则

烧结工艺的制定以及所遵循的原则
一个合理的烧结过程，要达到以下要求：(1)首先保证生坯成瓷，使材料达到一定的机械强度；(2)通过控制合理的烧结温度和升降温速率，使晶粒均匀生长，形成均匀的显微结构；晶界充分氧化，使陶瓷充分的半导化形成优良的PTCR 性能。

在所有的烧结工艺参数中每个升温阶段的升温速率，每个保温点的保温时间，烧成温度以及烧成温度下的保温时间，降温速率等因素对PTC 陶瓷的性能影响都很大。

PTC 材料的烧结主要分为升温、保温、降温三个阶段。

为了得到性能优异的BaTIO3基PTC 陶瓷，选择合适的烧结工艺十分重要。

一般制定烧结工艺遵循以下几个原则:
(1) 虽然陶瓷的关键烧结温区在1150℃到烧成温度，但是为了防止升温过快而导致水蒸气挥发造成的气孔，一般采取在200℃左右进行适当保温，以彻底除去坯体中的水分。

(2) 系统一般在1150℃~1180℃左右出现液相，所以在1100℃~1150℃这一温度范围中的某个温度点保温约30min，这样可以为陶瓷的半导化起准备作用，该区间保温可以保证物质的快速传递、有效避免晶粒的异常长大、保证杂质在晶界上充分偏析，抑制晶界的移动速度、加快坯体内的气体的排除，提高陶瓷材料的致密度。

(3) 从液相出现温区到最高烧成温度的升温速率要快，这样可以抑制异常晶粒的出现，并使陶瓷具有良好的半导性，同时半导化元素均匀分布于晶粒中。

(4) 最高烧成温度的高低对晶体的内部结构、半导化程度、晶界的
氧化程度、晶界势垒的高低起着关键作用。

烧成温度下进行适当的保温，有利于提高晶界厚度和晶界势垒，从而提高升阻比；提高掺杂元素在晶界的分布，可以使半导化离子尽可能的置换出主晶相中的钡离子或钛离子，完成半导化，但是高温保温时间不宜过长，否则导致晶粒生长不均匀，甚至造成孪晶及晶粒间第二相杂质的析出，影响材料的特性。

(5) PTC 效应主要产生于降温冷却阶段，适当的降温速度和降温保温点有利于在降温阶段的晶界重氧化，提高晶界势垒，一般采取从烧成温度到1150℃降温速率约150-200℃/h，该程序利于钡缺位扩散层向晶粒内延伸，晶界势垒进一步提高，在1150℃～1200℃之间取点进行适当的保温，以利于受主元素在晶界的均匀分布，来提高材料升阻比；1150℃到1000℃时，采取慢速降约1.5-2℃/h，该区间晶粒与晶界整体结构大体上都被冻结，晶界势垒不再增加，PTC 特性不在变化，但是慢速的降温有利于高温下所产生的钡缺陷、氧缺位的平衡，进而排除内应力，提高机械强度；1000℃以后断电自然降温。