DOI: 10.1051/jp3:1997169
J. Phys. III France 7 (1997) 979-992

Correlation Between Microstructure and Ageing of Iron Manganite Thermistors

T. Battault¹, R. Legros¹, M. Brieu¹, J.J. Coudere ², L. Bernard² and A. Rousset<sup>1

1</sup>  Laboratoire de Chimie des Matériaux Inorganiques CNRS ESA 5070, Université Paul Sabatier, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex, France
²  Laboratoire de Physique des Solides CNRS ERS 111, INSA, Complexe Scientifique de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex, France

(Received 26 June 1996, revised 21 November 1996, accepted 31 January 1997)

Abstract
Negative Temperature Coefficient (NTC) thermistors made of spinel structure transition metal manganites usually display ageing phenomena under thermal stress. Their resistance drift depends on their composition, crystal structure (cubic or tetragonal) and heat treatments. We have previously shown in iron manganite thermistors, Mn _3-xFe _xO ₄ (with ), that the ageing is due to the migration of Fe ³⁺ and Mn ²⁺ ions between tetrahedral and octahedral sites of the spinel structure. Iron manganites were investigated by Transmission Electron Microscopy (TEM) in order to relate microstructure to electrical stability. For iron manganites with iron content , two dimensional defects result in a domain microstructure (microtwins). As x increases and exceeds 0.78, the domain structure gradually vanishes and transforms into a tweed microstructure ( x = 1.05) and, for x > 1.30, no bidimensional defects are observed. Thus it is suggested that the microstructural disturbance plays an important role in the kinetics of the ion migration during the ageing of the studied ceramics.

Résumé
Les thermistances à Coefficient de Température Négatif (CTN) élaborées à partir de manganites de métaux de transition à structure spinelle présentent, sous contrainte thermique, le phénomène de vieillissement. La dérive de leur résistance dépend de la composition chimique, de la structure cristallographique (cubique ou quadratique) et des traitements thermiques. Précédemment, nous avons montré, pour les thermistances à base de manganites de fer de composition Mn _3-xFe _xO ₄ (avec ), que le vieillissement est dû à une migration des ions Fe ³⁺ et Mn ²⁺ entre les sites tétraédriques et octaédriques de la structure spinelle. Une étude des manganites de fer a été réalisée par Microscopie Électronique à Transmission (MET) afin de relier la microstructure à la stabilité électrique. Pour les manganites de fer ayant une teneur en fer , la microstructure en forme de domaines (micromaclages) résulte de la présence de deux types de défauts bidimensionnels. Pour des teneurs supérieures, jusqu'à 0,78, cette microstructure disparaît graduellement et se transforme en une microstructure tweed ( x = 1,05) et, pour x > 1,30, aucun défaut bidimensionnel n'est observé. Ces observations nous ont conduits à suggérer que ces différences dans la microstructure influencent grandement la cinétique de migration des ions durant le vieillissement des céramiques étudiées.

© Les Editions de Physique 1997