高温低氧压环境适用稀土氧化物-钙钛矿复合材料NTC特性与微观结构关系研究

稀土氧化物-钙钛矿复合材料具有良好的耐高温和NTC特性，是主要的高温热敏电阻制备材料。高温温度传感器是航空航天、汽车等领域的关键器件，而高温（>850℃）低氧压（PO2<10-10 atm）热敏电阻器制造已成为以上行业发展的技术瓶颈。本项目拟采用高温固相法和溶胶－凝胶法制备(CeO2、Y2O3)－YCrxMn1-xO3复合粉体，用常规烧结和微波烧结获得高致密陶瓷材料,测试复合陶瓷的微观结构、NTC特性、老化性能、高温低氧压环境导电性能等，分析材料的复合相分布、离子占位与导电模式，构建复合材料微观结构模型，探讨材料微观结构与极端条件下复合陶瓷NTC特性及稳定性的关系，揭示NTC特性随温度的变化机制，获得优化的稀土氧化物钙钛矿复合材料模型。项目研究成果可为我国高温低氧压环境适用NTC复合材料的研制提供科学依据，并促进相关行业的科技进步，提升我国高科技实力，同时也可丰富热敏电阻学基础理论。

近年来，全球制造业的发展对热敏电阻器的需求不断增加，尤其汽车、航空工业的发展对高温热敏电阻器提出了迫切需求。稀土钙钛矿氧化物具有良好的耐高温和负温度系数（NTC）特性，是主要的高温热敏电阻材料。本项目以YCr1-xMnxO3(0≤x≤0.5)热敏陶瓷材料的电导率反常机制及导电机理为基础，以稀土钙钛矿氧化物作为基体NTC材料，通过复合高阻相设计合成了系列高温热敏陶瓷材料，重点研究了复合材料复合度、结构与电性能的关系，提出了复合材料微观结构与NTC特性关系、高低温缺陷作用机制及导电机理，揭示了复合材料高温老化过程中的缺陷作用机制及老化机理，利用电性能混合原理探讨了复合材料扩散规律及离子迁移机制。取得的成果主要有：.1. 首次提出了YCr1-xMnxO3热敏陶瓷材料的电导率反常机制，探讨了该材料的小极化子跳跃电导机理；YCr1-xMnxO3系陶瓷材料的lnρ与1000/T曲线显示了很好的线性关系，电导主要通过电子在Cr3+与Cr4+、Mn3+与Mn4+离子之间传输形成。.2. 提出了(Y2O3+CeO2)-YCr0.5Mn0.5O3复合热敏陶瓷材料微观结构与NTC特性的关系，复合陶瓷材料的NTC特性主要来源于晶界；探讨了致使复合热敏陶瓷材料高低温段活化能不同的缺陷作用机制。.3. 研究了(Y2O3+CeO2)-LaCr0.5Mn0.5O3复合材料结构及导电性能，获得了材料高温稳定性条件。复合热敏陶瓷的电性能可以通过控制Y2O3和CeO2的相对含量来调节；CeO2的引入提高了复合材料的高温稳定性。.4. 首次系统地研究了放电等离子烧结的MgAl2O4-YCr0.5Mn0.5O3复合陶瓷材料的结构、微观结构、电学性能及老化性能；采用电性能混合原理和渗流理论结合复合材料电学性能的结果，揭示了复合材料两相扩散规律及离子迁移机制。.项目研究成果申报国家发明专利2项，在Applied Physics Letters，Journal of the European Ceramic Society等期刊发表SCI论文10篇，EI论文1篇。