Abstract
微波燒結具有低溫、快速、高緻密化的特點；然而其促進燒結擴散率的機制猶是百家爭鳴階段。正溫度電阻係數(PTCR)材料是一種可調節溫度、電流、電壓等等功用的商業化材料，降低燒結溫度，縮短製程時間以降低成本並提高品質是其重要訴求。本論文的研究重點便是以 3kW, 2.45GHz微波來微波燒結 SrTiO3, (Sr0.2 Ba0.8)TiO3, (Sr0.4 Pb0.6)TiO3,(Ba0.7 Pb0.3)TiO3 等 PTCR 材料；研究微波燒結的擴散機制及微波燒結參數與熱處理對PTCR電性之影響，並計算出 PTCR 陶瓷的施體能階(donor level) 及深陷能階 ( deep trap level)。微波燒結的擴散機制以晶界擴散及晶格擴散為主，由晶界擴散佔主導地位，促使緻密化速率高於晶界移動之晶粒成長速率。微波燒結 SrTiO3需 1220℃, 10分鐘；(Sr0.2 Ba0.8)TiO3需 1130℃, 40分鐘, (Sr0.4 Pb0.6)TiO3需1000℃,10分鐘；(Ba0.7 Pb0.3)TiO3需1050℃, 5分鐘，可獲得95％理論密度。燒結溫度及恆溫時間對 PTCR陶瓷之電阻率－溫度(ρ-T)特性及微結構沒有顯著影響。減緩微波燒結降溫速率及熱處理可提升PTCR級數{EMBEDEquation}， (Sr0.2 Ba0.8)TiO3提升約105, (Ba0.7 Pb0.3)TiO3提升約101。提升(Sr0.4 Pb0.6)TiO3之負溫度電阻係數(NTCR)約102。微波燒結可以使(Sr0.4 Pb0.6)TiO3及(Ba0.7 Pb0.3)TiO3形成高居里溫度材料(Tc=302℃)及雙居里溫度材料(Tc1=246℃, Tc2=400℃)增進材料的應用性。 形成更高居里溫度的微構造是一種 「核一殼」 (core-shell)構造，可經由高溫熱處理加以均質化回復原組成之居里溫度。施體能階(Ed)的計算, (Sr0.4 Pb0.6)TiO3 為 0.1?0.3 eV； (Ba0.7 Pb0.3)TiO3為0.05?0.07eV，深陷能階(Et)的計算，(Sr0.2 Ba0.8)TiO3約為1.5eV，(Sr0.4 Pb0.6)TiO3約為1.3?2.0eV,(Ba0.7 Pb0.3)TiO3則約為1.0?1.3eV。