化学共沉淀法制备ZnO压敏电阻器及其性能研究

发布时间：2017-10-20 22:40

  本文关键词：化学共沉淀法制备ZnO压敏电阻器及其性能研究

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【摘要】：本论文首先对ZnO压敏电阻器的发展情况、应用范围及性能要求进行介绍,确定了提高元件压敏电压梯度和通流能力的研究目的。由国内外研究现状可知,通过对实验配方中添加剂粉料的制备工艺进行改进,可使ZnO压敏电阻元件的电性能得到提升。从而确定本课题主要研究内容:通过改进ZnO压敏电阻元件添加剂的制备工艺,来解决高压型压敏电阻元件通流能力有待提高的问题。具体实验方法是以现有制备高压型ZnO压敏电阻元件的配方为基础,通过化学共沉淀法制备复合纳米添加剂,分析复合纳米添加剂对元件微观方面的改善作用,进一步分析对压敏电阻器的各项电性能的影响。本文用化学共沉淀法制备Co、Mn、Bi三元系和Co、Mn、Bi、Ni、Sn五元系复合添加剂,并对实验过程的滴定环境和预烧温度进行优化。对在不同滴定环境下得到的三元系和五元系复合添加剂进行XRF分析,可知pH=10.00的滴定条件下,复合添加剂粉料的组分含量与标准实验配方最接近。对三元系和五元系粉料(pH=10.00)进行XRD衍射分析,三元系可以看到Bi_2O_3、Co_3O_4、Mn_2O_3的衍射峰,Bi_2O_3的衍射峰最明显;五元系只能看到Bi_2O_3的衍射峰。将1g的三元系和五元系复合添加剂粉料(pH=10.00)在730℃、760℃、800℃时重新预烧,可得其质量随温度升高而减小的规律。进行Co、Mn、Bi、Ni元素的单独沉淀实验,将沉淀物在680℃、730℃、760℃、800℃时预烧,记录粉料质量变化,对添加剂粉料进行XRD衍射分析,将预烧温度提高至750℃。用化学共沉淀法(三元系复合添加剂)制备的元件压敏电压梯度可达388V/mm,非线性系数为33,漏电流为5mA,通流值达1850A,冲击前后压敏电压变化率为7%。非线性系数与通流值都好于固相法元件。对元件进行SEM扫描电镜测试,晶粒大小均匀,平均尺寸约为7μm,晶界及晶界处添加剂的分布比固相法均匀,气孔比固相法少。还通过了热老练工艺和电老练工艺对ZnO压敏电阻元件进行处理。实验结果表明:热老练工艺可以降低压敏电压梯度,但是对通流能力影响不大。电老练工艺实验,用2.5倍和3倍压敏电压值、波形为8/20μs的雷电流对元件进行1-3次老练,可以增强元件通流能力,冲击后压敏电压变化率最小为5.16%,元件合格率达100%。
【关键词】：化学共沉淀 滴定条件 预烧温度 复合添加剂 电老练
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM54
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 压敏电阻器的研究意义15-16
• 1.2 国内外的研究现状16-19
• 1.3 实验选题的确立19-21
• 第二章 ZnO压敏电阻器的结构及相关机理21-37
• 2.1 ZnO压敏电阻器的基本结构21-23
• 2.1.1 ZnO压敏电阻器的晶相21-22
• 2.1.2 ZnO压敏电阻器的晶界能带结构22-23
• 2.2 ZnO压敏电阻器的电性能23-28
• 2.2.1 ZnO压敏电阻器的压敏电压24
• 2.2.2 ZnO压敏电阻器的非线性系数24-25
• 2.2.3 ZnO压敏电阻器的漏电流25
• 2.2.4 ZnO压敏电阻器的能量吸收能力25-27
• 2.2.5 ZnO压敏电阻器的残压比27-28
• 2.3 ZnO压敏电阻器的界面导电机理28-30
• 2.4 ZnO压敏电阻器的蜕化机理30-32
• 2.5 ZnO压敏电阻器的失效机理32-34
• 2.5.1 破裂破坏机理32-34
• 2.5.2 穿孔破坏机理34
• 2.6 ZnO压敏电阻器的液相烧结机理34-37
• 第三章 化学共沉淀法制备纳米复合添加剂的研究37-59
• 3.1 化学共沉淀法38-41
• 3.1.1 化学共沉淀法38-39
• 3.1.2 化学共沉淀法的主要影响因素39-41
• 3.2 ZnO压敏电阻器中的添加剂41-45
• 3.2.1 各添加剂的作用41-44
• 3.2.2 复合添加剂组成的确定44-45
• 3.3 复合添加剂的制备45-50
• 3.3.1 实验过程45-47
• 3.3.2 微调pH值对复合添加剂粉体的影响47-49
• 3.3.3 粉体的XRD衍射分析49-50
• 3.4 预烧温度对复合添加剂粉体的影响50-59
• 3.4.1 复合添加剂前躯体的最佳预烧温度50-52
• 3.4.2 最佳预烧温度的优化52-59
• 第四章 ZnO压敏电阻器制备和性能测试59-71
• 4.1 ZnO压敏电阻器的制备59-61
• 4.1.1 实验所需仪器59
• 4.1.2 ZnO压敏电阻器的制备工艺流程59-61
• 4.2 ZnO压敏电阻元件性能测试61-64
• 4.2.1 ZnO压敏电阻元件的SEM扫描电镜测试61-62
• 4.2.2 压敏元件的小电流和通流能力测试62-64
• 4.3 热老练工艺对ZnO压敏电阻器性能的影响64-67
• 4.3.1 热老练的原理64
• 4.3.2 热老练实验及分析64-67
• 4.4 电老练工艺对ZnO压敏电阻器性能的影响67-71
• 4.4.1 电老练的原理67
• 4.4.2 电老练实验及分析67-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 作者简介79-80

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