Co4-xMn1.8Ni0.2FexO8负温度系数陶瓷材料的制备与性能研究

荣景豪; 王亦歌; 蔡廷庆; 顾宗丽; 孙文强; 王磊鸣

doi:10.13957/j.cnki.tcxb.2026.02.010

陶瓷学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2) : 336 -345. DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2026.02.010

Co_4-xMn_1.8Ni_0.2Fe_xO₈负温度系数陶瓷材料的制备与性能研究

荣景豪, 王亦歌, 蔡廷庆, 顾宗丽, 孙文强, 王磊鸣

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摘要

采用固相法制备了一系列负温度系数（NTC）Co_4-xMn_1.8Ni_0.2Fe_xO₈陶瓷样品（x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0），并对其烧结工艺、相结构、微观形貌及电性能展开系统研究。实验通过DIL 402热膨胀仪确定该系列陶瓷的最佳烧结温度为1225℃。X射线衍射（XRD）分析结果表明：当x=0～0.8时，所有陶瓷样品均呈现纯立方尖晶石相，与JCPDS#84-0482标准卡片完全匹配，未检测到杂质相；扫描电子显微镜（SEM）观察显示，1225℃烧结的样品中，未掺杂Fe³⁺（x=0）时表面存在一定孔隙且晶粒尺寸偏大，而Fe³⁺掺杂后样品晶粒分布均匀、排列致密，晶界清晰可辨。电性能测试结果显示，在-50℃～100℃测试温区内，所有样品电阻率（ρ）均随温度升高而降低，且lnρ与1000/T呈良好线性关系，表现出典型NTC热敏特性；其中x=0时样品的25℃电阻率(ρ₂₅)为1972Ω·cm,B_25/50材料常数为3237 K，且随Fe³⁺掺杂量（x）增加，ρ₂₅与B_25/50均呈增大趋势。X射线光电子能谱（XPS）分析证实晶格中存在Mn²⁺、Mn³⁺与Mn⁴⁺离子，拟合结果表明样品电导率主要源于Mn³⁺/Mn⁴⁺离子对的跳跃传导，而电阻率升高则归因于Mn³⁺/Mn⁴⁺与Fe³⁺/Fe²⁺离子对间跳跃传导阻力的增加。此外，通过构建Co_4-xMn_1.8Ni_0.2Fe_xO₈陶瓷凹面晶粒的老化示意模型，阐明了其电阻漂移率趋于稳定的内在机理。