Введение к работе
Актуальность работы. Позисторы изготавливаются из полупроводниковой керамики на основе титаната бария и представляют собой нелинейный резистивный элемент, резко увеличивающий свое сопротивление при разогреве выше температуры Кюри.
Использование позйсторных ограничителей тока является перспективным, так как позволяет значительно повысить надежность электро- и радиоаппаратуры.Эффективным является применение позисторов для защиты вторичных источников питания, электродвигателей .рассчитанных на рабочие токи до 5 Ампер. .
При изготовлении позисторов остро стоит проблема воспроизводимости их электрических характеристик, поэтому очень важно правильно провести выбор легирующих примесей донорного и акцепторного типа, а также других технологических факторов. Необходимо обеспечить сочетание таких, практически предельных характеристик, как минимальное удельное сопротивление при 25'С при максимальном рабочем напряжении, достаточно большой ПТКС ( около 15%/'С ) и большие (порядка нескольких ампер) значения тока опрокидывания. Позистор должен иметь минимальное время срабатывания и сохранять все эти параметры при длительной эксплуатации, выдерживая до 1 млн.включений. Поэтому одним из главных путей дальнейшего развития является совершенствование технологии:. от разработки новых составов до конструктивного оформления изделия.
В настоящее время известны физико-химические принципы формирования состава и структуры полупроводниковой керамики для обеспечения заданных электрических характеристик и имеются эмпирические пути управления характеристиками во взаимосвязи с составом и технологическими режимами получения по-висторной керамики. В то же время не существует количественной оценки влияния множества технологических факторов ( и состава в том числе ) на электрофизические свойства, что могло бы позволить не только целенаправленно управлять характеристиками позисторов, но и прогнозировать предельно достижимые их величины.
Актуальность данной работы определяется необходимостью установления взаимосвязей между составом, структурой и электрофизическими свойствами керамики с целью улучшения эксплуатационных параметров позисторов за счет модернизации технологии изготовления и использования новых добавок в состав позисторного материала.
Цель диссертационной работы. Совершенствование технологии изготовления позисторов, поиск новых материалов на основе титаната бария, способных обеспечить высокие электрические характеристики позисторов. Разработка позисторов для новых областей применения. Исследование основных эксплуатационных характеристик разработанных позисторов.
Научная новизна работы:
-
Изучена зависимость электропроводности керамики на основе титаната бария при легировании его добавками донорно-го и акцепторного типа в диапазоне рабочих температур. В настоящее время расчет значения электропроводности при введении двух и более примесей затруднен, поэтому задача опти-' мизации соотношения примесей была решена эмпирическим путем. Показано, что для увеличения скачка сопротивления добавку акцепторного типа необходимо вводить.в материалы, содержащие донорную примесь в большем количестве,чем при рднокомпонент-, ном легировании.
-
Исследования, направленные на увеличение ПТКС позисторного материала, показали, что при введении акцепторной добавки Мп в уже синтезированный материал, а не в исходную шихту, достигается преимущественная концентрация Мп в жидко-фазной прослойке при спекании, что позволяет получить на порядок более высокий скачок сопротивления в области ПТКС.
. 3. Поиск специальных легирующих добавок и исследования температурных зависимостей сопротивления позисторов из сви-нец-содержащей керамики на основе ВаТЮз показали, что введение боратной добавки в виде бората свинца РЬ(В02)2 из расчета 4 ат. 7» по свинцу обеспечивает, снижение сопротивления при комнатной температуре более чем в два раза. При этом повышается устойчивость позистора к предельным тепловым и электрическим перегрузкам.
Практическая ценность работы:
-
Разработана технология изготовления позисторных ограничителей тока, отвечающих современным требованиям по удельному сопротивлению и номинальному току.
-
Предложены специальные технологические режимы обработки шихты при мокром смешивании компонентов и высокотемпературного обжига позволяющие получить высокие значения ПТКС при низком удельном сопротивлении керамики.
-
Предложено использование добавки бората свинца, позволяющее снизить температуру обжига заготовок с 1350-1400'С до 1240-1260'С, что обеспечивает существенное увеличение срока службы нагревательных элементов печей, сокращение времени обжига и потребления электроэнергии.
-
По разработанной технологии изготовлены серии позис-торов для защиты от электрических перегрузок МЗ и Б4 в выводной ''и безвыводной конструкции. Позисторы расчиганы на рабочие напряжения 12, 36, 120 и 220 В ( серия МЗ ) И 50, 70 В ( серия Б4 ). Проведено исследование их температурных, вольт-амперных и динамических характеристик.
-
Предложена конструкция сдвоенного терморезистора ТРС, применение которого позволяет: улучшить качество изображения благодаря меньшему остаточному току в петле размагничивания, увеличить срок службы телевизора в целом за счет плавной подачи напряжения питания и сократить использование высококачественной меди в петле размагничивания почти в два раза. Изготовлены опытные образцы и проведено исследование основных эксплуатационных характеристик.
Основные научные.положения, выносимые на защиту:
-
Введением добавки акцепторного типа Мп на втором помоле в уже синтезированный материал достигается преимущественная концентрация Мп на границах зерен. Окислы марганца в большей степени концентрируются в жидкофазной прослойке при спекании, что позволяет получить приблизительно на порядок более высокий скачок сопротивления в области ПТКС за счет создания дополнительного давления кислорода над титанатом бария в процессе обжига.
-
Использование комплексной добавки бората свинца поэ-
- 4 -воляет уменьшить удельное сопротивление свинец-содержащей позисторной керамики с температурой переключения более 120'С за счет образования боросиликатных стекол в прослойках между зернами, влияющих на протекание окислительно-восстановительных процессов на границах зерен.
Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и обсуждались на секции научно-технического совета нж Тириконд" отделов N1,N12,N21 ( 1993-1996г.г.); научно-технической конференции по электронным датчикам в г.Львов (1994г.); на техническом совете предприятия "Витон" по применению сдвоенного терморезистора типа ТРС в цветных телевизорах (1995г.).
Публикации: Опубликована одна работа, две работы находятся в печати.-
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 47 наименований и приложения. Основная часть работы изложена на 130 страницах машинописного текста. Работа содержит 43 рисунка и 6 таблиц.
