氧化锌压敏电阻低压化制备与低温烧结研究

作     者：郭汝丽 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方亮;覃远东

授予年度：2013年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：ZnO压敏 低电位梯度 低温烧结 电性能 掺杂 

摘      要：随着电子产品的小型化和集成化，对低压压敏电阻的需求量越来越大，但目前国内的低压压敏电阻器存在着压敏性能较差，易吸潮，产品合格率较低等问题，故本课题针对这些问题进行了研究。此外，为解决生产过程中内电极材料较昂贵，生产成本较高的问题，本文在大量文献的基础上，尝试研究ZnO压敏电阻低温烧结的实现。本论文采用传统固相法分别制备了ZnO-BiO基和ZnO-VO基压敏陶瓷，并研究了其物相结构、显微形貌以及压敏特性，具体包括以下内容： 以ZnO-BiO体系压敏材料为研究对象，添加TiO作为晶粒生长助剂，研究了不同TiO掺杂对低压压敏电阻性能的影响。结果表明，随TiO含量的增加，电位梯度呈现先减小后增大的变化趋势，当掺杂量为0.6mol%时，陶瓷显微结构较均匀，平均晶粒尺寸较大，压敏陶瓷具有较低的压敏电压，电压梯度为30.6V/mm。 在配方不变的基础上，改变Ti的掺杂形式，将TiO和BiO进行预处理合成Bi4TiO，并以Bi4TiO代替TiO掺杂。结果表明，以Bi4TiO形式掺杂能够减小Zn2TiO4尖晶石相对晶粒生长的抑制作用，与TiO掺杂的相比，其相同烧结温度下ZnO平均晶粒尺寸从22.4μm增大到24.2μm。在1130℃烧结的压敏电阻具有较好的综合性能，银片三参数平均值为IL=2.9μA，E1mA=29.7V/mm，α=30.2，产品过500A8/20μs脉冲通流后电压变化率为-3.5%，125℃/7h直流老化后电压变化率为-0.3%，样品通流和老化性能均比以TiO形式添加的产品要好。 Al元素掺杂具有细化晶粒的作用，随Al含量增加，晶粒尺寸减小，电位梯度升高。少量Al可以改善压敏电阻在大电流区的非线性，但过多掺杂，会导致压敏电阻的非线性变差，漏电流增大，压敏性能恶化，不利于压敏电阻的低压化，Al(NO)39HO的添加量应控制在0.02wt%以内。添加0.02wt%Al(NO)39HO在1130℃烧结的低压压敏电阻在125℃/7h条件下的直流老化试验后，电压的变化率仅为-0.3%，且非线性系数和漏电流变化较小，但Al的添加降低了产品的通流能力，通流后电压变化率为-22.3%，且漏电流和非线性恶化严重。在ZnO压敏陶瓷的低成本化制备过程中，以ZnO-VO二元系为基，研究了不同 SbVO4添加对陶瓷样品相组成、显微微结、压敏性能以及晶界特性的影响。研究表明，SbVO4能够将含Sb的Zn-V体系压敏电阻陶瓷的烧结温度降至940℃。当添加量为0.3mol%时陶瓷显微结构均匀，样品具有较高的体积密度和良好的电学非线性特性，银片三参数值分别为IL=13.4μA，E1mA=416V/mm，α=51。