Abstract
In this study, thr effect of $Bi_2O_3$ and BN addition as grain boundary modifiers on sintering and electrical properties of semiconducting PTCR(Positive Temperature Coefficient of Resistivity) mate rial were analyzed using TMA, XRD and Complex Impedance Spectroscopy method. Bismut.h Ox~de and Boron Nitride were added to Y-doped $BaTiO_3$ respectively. Bismuth sesquioxide up to O.lmol%solubil~ ty limit of $Bi_2O_3$ in Y--$BaTiO_3$ ceramics-retarded densification and grain growth, and further addition mitigated these retardation effects. The resistivity at room temperature increased with increasing amount of $Bi_2O_3$ and thus decreased the PTCR effect, probably due to the $Bi_2O_3$ segregation on the grain boundaries. From the complex ~mpedance pattern, it is known that the grain boundary resisitivity is dominant on the whole resistivity of sample. In the result of applying the defect chemistry, $Bi^{3+} \;and \; Bi^[5+}$ are substituted for Ua and Ti site, respectively. Boron nitride decomposed and formed liquid phase among the $BaTiO_3$ grains. The decomposed com~ ponents made the second phase and existed the tr~ple juntion from the result of EPMA. From the complex impendencc pattern, the gram and grain boundary resistivity were small. The grain size increased with increasing BN contents, and decreased grain boundary resistivity enhanced the PTCR effect.
본 연구에서는 입계의 성질을 이용한 PTCR 재료에 입계 modifier로서 $Bi_2O_3$를 첨가하고 입계의 미세구조와 결함농도를 변화시켜 이에 따른 소결 및 전기적 특성변화를 TMA, XRD, 복합 임피던스방법 등을 이용하여 해석하였다. 실험 결과 Y이 도우핑된 $BaTiO_3$PTCR 재료에 $Bi_2O_3$를 첨가하였을때 약 0.1mol%까지 고용이 되는 것으로 밝혀졌다. $Bi_2O_3$를 고용한계 이하로 첨가시에는 생성되는 vacancy등의 결함으로 말미암아 $Y-BaTiO_3$의 치밀화가 촉진되었으나, 그 이상 첨가하면 치밀화 뿐만 아니라 결정립 성장도 억제되었다. $Bi_2O_3$의 첨가량에 따라 계내에 존재하는 각 이온의 반경, 결함 반응식 및 격자 탄성 변형 에너지 등을 고려하면 $Y-BaTiO_3$결정립 내부에 Ba와 Ti vacancy가 동시에 생길 수 있어 고온저항이 높아짐을 알 수 있었다. BN은 $BaTiO_3$에 고용이 되지 않는 것으로 밝혀졌으며 $B_2O_3$를 주성분으로한 액상형성으로 인하여 저온에서의 급격한 치밀화가 관찰되었다. 또 Ba-Y-Ti-B-O의 비정질 상이 tripie junction에 존재함으로써 상온저항이 크게 변화하였으며, PTCR jump도 높아졌다.
