前言：不同稀土元素或过渡元素，而用半导体化金属BaPbO3和碱性玻璃粉料制作的厚膜电阻成本很低。利用指数等式估算玻璃含量与电阻率间的关系。提出三种导电隧道组成的导电模型来解释掺杂曲线和电阻温度系数特性。原材料中P含量较高时可从根本上避免由字湿度而引起的电阻器性能的降低。银是TCR调节剂，能够提高BaP6O3电阻的稳定性。
关键词：厚膜电阻，导电隧道，掺杂曲线-简介
大部分厚膜电阻浆料由下列材料组成：钯、Pa、钌Ru、铑Rn、铱Ir等元素的化合物或者氧化物。这些系列的电阻有很好的性能，但这些元素如Pd、Ru、Rn、Ir不仅价格昂贵而且也很稀少，因此人们把注意力转回了其他非过渡性金属化合物上，如BaP6O3、BaP6O3系钙钛矿结构，其正交晶格为a=6.024A、b=6.065A、C=8.506A,尽管BaP6O3是标准的原子价化合物，但他仍有金属的某些特性，电阻率低且是正温度系数。BaP6O3和RuO2常作为半导化金属，BaP6O3在TC=0.38K时具有低温超导性，加入适量的铋，Tc可升高至13k，除此之外，它还被作为陶瓷电极、导体浆料、防腐颜料及烧结体电阻等。
本文将利用陶瓷合金的导电原理来制作铅酸钡陶瓷电阻器和厚膜电阻。如果铅酸钡作为厚膜电阻的功能相，将测量和研究他们的特性。加入少量Ag2O来调整其电阻温度系数，并提出了相应的导电模型来解释掺杂曲线和TCR特性。
二实验
A:BaPbO3粉末预制
将高纯度BaCO3，PbO(99%纯度)粉料以合适的比例混和，湿磨5h，在880℃氧气氛中干燥和烧结4h，然后粉碎并在220Kg/㎝2压力下压制成小圆片，这些成型片子置于氧化锆托盘上，在空气中940℃烧结7h，然后把这些烧结体（BaP6O3陶瓷）粉碎、研末，过220钼丝网筛，获得BaP6O3粉末。
B：BaP6O3陶瓷电阻的制作
自制碱玻璃（71%SiO2-18%Na2O-8%CaO-3%Al2O3）粉，同BaP6O3粉料以合适比例混合，玻璃料含量从15%到5%WT，用丙酮作溶剂湿磨5h,然后干燥并在400kg/㎝²条件下压制成条（0.5*0.5*2㎝³），把这些成型物置于氧化锆托盘上，空气气氛中烧结，峰值温度范围在760-810℃约10分钟，传统的银导体作为烧结体陶瓷电阻的电。
C：BaP6O3厚膜电阻的制作
适当量的BaP6O3粉末和碱玻璃料不加或者加2%wtAg2O混合后作为电阻浆料的固体相，这些粉料然后同适量的有机载体混合，如乙基纤维素、丁基熔汗剂，萜品醇等，制成厚膜浆料。用200目的丝网印制BaP6O3厚膜电阻，基片是清洗后预烧过并烧好Ag-Pd电极的氧化铝基片，干燥后，在空气气氛中烧结，烧结条件和前面烧结体电阻的条件一样。
对样品用数字万用表测量了电阻率和表面电阻率，在温度箱中测得高温TCR（25-125℃）和低温TCR（25-55℃），在40℃下将样品置于相对湿度为95%的湿度箱中100h已检验其湿度稳定性，并测得了阻值漂移5时间的关系曲线。
三结果讨论
烧结体BaP6O3陶瓷是黑色的，在室温下其电阻率约是3mΩ/㎝，电阻温度系数为1350PPm/℃。
用含量30wt%玻璃料在785℃下烧成的铅酸钡厚膜电阻的表面较为平坦，显微镜下可观察到少量气孔，但同传统的厚膜电阻相比，其密度还是比较好的，膜层同基片间的附着力很牢（用刀片刮膜层测其阻值的变化）。除此之外，膜层平坦，厚度约为30μm，由于这里我们使用的碱玻璃的软化温度点约为600℃，在电阻中加入较多的碱玻璃不仅可以调整电阻率，而且经过液相烧结后，膜层也较厚 ，785℃烧结，膜层和基片间的附着力较好。
图1 所示的是混合成分(这里是指玻璃料)和陶瓷电阻的电阻率及厚膜电阻的片电阻率之间的关系的掺杂曲线图，这里的数据是许多样品的平均值，显示了很好的重现性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所有电阻在785℃下烧结10分钟，从图中可以看到，玻璃含量从15wt%（30.6%体积）变化到45wt%（67.2%体积）陶瓷电阻器的电阻率分布是从0.2-515Ω㎝，厚膜电阻的方阻分布为76Ω/口到205KΩ/口，这两种掺杂曲线可近似表示为下列方程：P=Poexp(2.C);这里陶瓷电阻的PO≈4.02*103Ω㎝（接近纯BaP6O3的电阻率），而厚膜电阻的e0≈1.609Ω/口，两者2=0.257%-1，C是玻璃含量（wt%）BaP6O3电阻器的电阻率跟玻璃含量关系不明显，因为玻璃含量每增加10wt%，电阻率才增加一个数量级。但当玻璃含量超过45wt%时，出现了偏差，当玻璃含量超过50wt%，电阻器变成绝缘体，下文中将提出一些模型来解释这一结果。
图2表示TCR同厚膜电阻器表面电阻率之间的关系，当表面电阻率从72Ω/口变化到205KΩ/口时可以看到TCR从+400PPm/℃降到-1250PPm/℃，通常低温（-55-25℃）TCR比高温TCR小100-150PPM/℃。当在样品中加入2wt%Ag2O时，可以看到改善后的TCR范围在+550PPm/℃--550PPm℃，而电阻率几乎保持不变，因为在350-400℃时，Ag2O还原为金属Ag（原子态）而Ag的正温度系数约为+3800PPm/℃，在负TCR电阻器中加入（补偿）Ag似乎是很有道理的。可用图三所示的三种导电模型来解释他的高表面电阻率，大的负温度系数。
图3（a）-(c)表示了BaP6O3电阻器中含低、中、高玻璃含量的情况。当玻璃含量低时，大多数BaP6O3形成导电通道，少数形成金属-绝缘体-金属（MIM）或金属-电介质-金属（MDM）界面。由于部分BaP6O3粒子及两BaP6O3粒子之间存在一层很薄的玻璃，在不完全烧结作用下形成MZM层。MIM层对负的TCR起作用，这样电阻器具有正TCR，但比纯净的BaP6O3小。随着玻璃含量的增加，一些BaP6O3导电通道变窄或者中断、不连续、或成为一块玻璃相。由于导电通道减少和MZM相增加，电阻率将上升而TCR减小。当玻璃含量太高时，大多数BaP6O3粒子分数开，多数导电链中断，只存在少量很窄的通道同时MZM并存，这样导致高的电阻率和负TCR。玻璃含量对电阻的电阻率起决定性的作用，从图一中可以看到，玻璃含量高于40wt%后，电阻率呈数量级地提高。
添加2wt%的Ag2O可以改善电阻的TCR而保持电阻率几乎不变，这种现象可通过所提出的模型予以解释，当银在电阻体中扩散后，它可能扩充进BaP6O3导电链中，或在MZM界面上或在电阻绝缘相中，因为金属银量正的TCR，这三相共同作用的结果引起正TCR的增加，所以TCR曲线与表面电阻率增加的函数关系权在增加2wt%Ag2O后得到的，只有当银附着在MZM界面上时，可以有效降低电阻率。
图4所示的是玻璃含量为25wt%和35wt%时，电阻率与烧结温度峰值之间的关系曲线，表面电阻率值烧结温度的升高而升高，有两种情况，烧结温度高导致液相黏度降低，因为多数BaP6O3导电链狭窄或有玻璃相，一般来说，烧结条件有一些小变化后，表面电阻率还是十分稳定的。
图5所示为厚膜电阻的湿度稳定性，用高的Pb/Ba摩尔比的原材料所制作的样品湿度稳定性很好。在高温下引线趋于汽化，Pb/Ba=1的烧结体电阻器呈现富Ba，Ba同水汽反应生成Ba(OH)2而引起不稳定，对于发现的白色Ba(OH)2通过化学分析，电阻器表面的原材料（烧结前的BaP6O3）Pb/Ba=1（摩尔比）。
图6是电阻器中玻璃含量为30wt%烧结温度为785℃，阻值随室温下时间的变化关系曲线。添加适量的Ag2O以改善样品的稳定性。原因同改善电阻TCR时所添加Ag2O陈述大致一样。
四结论
使用BaP6O3粉料和碱玻璃成功地预制了BaP6O3厚膜电阻，研究了辞电阻的物理和化学特性，归纳出如下结论：
1、BaP6O3和碱玻璃之间无明显的反应，故BaP6O3电阻可简单地由BaP6O3和碱玻璃料组成。
2、BaP6O3电阻器的电阻率依赖于玻璃含量，玻璃含量每增加10wt%,电阻率增加一个数量级，掺杂曲线，电阻率同玻璃含量的等式可通过实验近似得到。
3、提出了一个由BaP6O3导电链和MIM隧道系统组成的模型，用此模型可解释电阻器的掺杂曲线和TCR特性曲线。
4、为了避免由湿度引起的性能降低，原材料BaP6O3中富铅组分是很重要的，否则将会在电阻器表面形成Ba(OH)2，导致电阻率的不稳定。
5、添加剂Ag2O可以改善电阻器的稳定性和TCR特性。
在本厂开发厚膜电阻的过程中，结合现有的电阻浆料制作厚膜电阻器，尝试了碱金属氧化物电阻浆料的制备，虽然在过载及TCR等特性上仍需进一步的改进和提高，但我相信随着工作的进一步深入，电阻性能会得到不断的完善，BaP6O3系厚膜电阻将在市场竞争中占有一席之地。
参考文献从略。
论文作者:方政,
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/8/23
标签：电阻率论文; 电阻论文; 玻璃论文; 电阻器论文; 含量论文; 温度论文; 曲线论文; 《工程管理前沿》2019年12期论文;