Zn-Bi系压敏陶瓷的低温制备及性能研究

发布时间：2020-11-20 00:45

　　 Zn-Bi系压敏陶瓷因其优良的非欧姆电学特性,普遍应用在电子设备及电力系统等领域,是研究最为广泛的压敏陶瓷体系。为满足现代电子技术小型化、低压化、性能优异等的发展要求,叠层片式压敏陶瓷的设计研究及实际应用受到高度的重视。为实现纯银代替银钯为内电极共烧,要在保持陶瓷优异的压敏性能降低其烧结温度。本论文通过掺杂的方式探索了在低于纯银熔点烧结温度下Zn-Bi系压敏陶瓷的烧结特性,及掺杂方式对其微观结构、电学性能的影响,并分析了掺杂改性机理。主要研究内容包括:1.研究了ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-Co_2O_3-MnO_2压敏陶瓷低温烧结的物相组成及电学性能。结果表明,烧结温度为900°C时,陶瓷具有较好的致密性,密度达到了理论密度的95%以上,并表现出较为优异的压敏性能:α=84.47,E_(1m A)=458.33 V/mm,I_L0.1μA。与此同时,陶瓷晶界受主密度N_s增加到17.53×10~(16) m~(-2),使陶瓷晶界势垒达到极值φ_b=5.01 eV。2.研究了Cr_2O_3掺杂对ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-Co_2O_3-MnO_2压敏陶瓷物相组成、电学性能及晶界缺陷势垒的影响。实验结果表明,Cr_2O_3的掺杂引起了陶瓷第二相组成的改变,进而有效的改善了压敏陶瓷的非线性性能,并对其压敏电压有略微下调的作用。当掺杂量达到0.5 mol%时,第二相CrBi_(18)O_(30)和Co_2Cr_(0.5)Sb_(0.5)O_4转变为MnCr_2O_4,压敏电压较其他掺杂组分降低到310.68 V/mm,非线性系数达到极值80.71,漏电流小于0.1μA,晶界势垒高度为3.88 eV。3.选择SiO_2作为添加剂对ZnO-Bi_2O_3-TiO_2-Co_2O_3-MnO_2压敏陶瓷进行掺杂改性,实验结果表明,陶瓷能够在880℃下烧结成瓷并具有优异的压敏性能。SiO_2的掺杂抑制了ZnO晶粒的生长,随着掺杂量的增加,ZnO平均晶粒尺寸由3.67μm逐渐降低到1.92μm,从而导致了压敏电压从358.11 V/mm升高到1080 V/mm。另一方面,SiO_2对晶界层内的缺陷结构和成分分布有很大的影响,当掺杂量为4 wt%时,晶界层受主密度N_s显著增加,从而获得较高的晶界势垒2.90 eV,非线性系数升高到54.18,漏电流为0.193μA/cm~2。另外,通过阻抗分析发现,SiO_2的掺杂使晶界阻抗逐渐增大,但对晶粒阻抗几乎没有影响。4.研究了SiO_2掺杂对ZnO-Bi_2O_3-MnO_2压敏陶瓷压敏性能的影响。实验结果发现,优化体系之后,陶瓷仍然能够在880℃下烧结成瓷,而且在较低掺杂含量下,压敏性能得到了极大地改善。当掺杂含量为2 wt%时,陶瓷各项性能达到最佳,非线性系数为73.68,晶界势垒高度为4.74 eV,漏电流小于0.1μA。5.研究了预合成多相体Bi-Co-O的掺杂对ZnO-Bi_2O_3-MnO_2-SiO_2压敏陶瓷压敏性能的影响。研究发现,Bi-Co-O能够改善吸附氧在晶界层内的传输,从而提高晶界受主缺陷密度,达到改善压敏性能的目的。当掺杂量达到8 wt%时,非线性系数升高到45.97,晶界势垒达到1.23 eV,漏电流降低到0.5μA。
【学位单位】：聊城大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ174.1
【文章目录】：
摘要
abstract
前言
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 Zn-Bi系压敏陶瓷的基本理论
    1.3 ZnO压敏陶瓷的压敏性能参数
    1.4 ZnO压敏陶瓷的研究现状
    1.5 本课题研究意义及内容
第二章 实验过程
    2.1 原料
    2.2 制备工艺
    2.3 微观结构及电学性能表征
2O₃-Sb₂O₃-Co₂O₃-MnO₂压敏陶瓷的影响'>第三章 低温烧结对高非线性ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃-Co₂O₃-MnO₂压敏陶瓷的影响
    3.1 引言
    3.2 烧结温度对ZBSCM压敏陶瓷相组成及微观形貌的影响
    3.3 烧结温度对ZBSCM压敏陶瓷压敏性能的影响
    3.4 烧结温度对ZBSCM压敏陶瓷电容-电压（C-V）性能的影响
    3.5 ZBSCM压敏陶瓷的阻抗性能分析
    3.6 ZBSCM压敏陶瓷的介电性能分析
    3.7 小结
2O₃掺杂对ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃-Co₂O₃-MnO₂压敏陶瓷压敏性能的影响'>第四章 Cr₂O₃掺杂对ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃-Co₂O₃-MnO₂压敏陶瓷压敏性能的影响
    4.1 引言
2O₃掺杂对ZBSCM压敏陶瓷相组成及微观形貌的影响'>    4.2 Cr₂O₃掺杂对ZBSCM压敏陶瓷相组成及微观形貌的影响
2O₃掺杂对ZBSCM压敏陶瓷压敏性能影响'>    4.3 Cr₂O₃掺杂对ZBSCM压敏陶瓷压敏性能影响
2O₃掺杂对ZBSCM压敏陶瓷电容-电压（C-V）性能的影响'>    4.4 Cr₂O₃掺杂对ZBSCM压敏陶瓷电容-电压（C-V）性能的影响
    4.5 小结
2对ZnO-Bi₂O₃-TiO₂-Co₂O₃-MnO₂压敏陶瓷的掺杂改性研究'>第五章 SiO₂对ZnO-Bi₂O₃-TiO₂-Co₂O₃-MnO₂压敏陶瓷的掺杂改性研究
    5.1 引言
2掺杂对ZBTCM压敏陶瓷相组成及微观形貌的影响'>    5.2 SiO₂掺杂对ZBTCM压敏陶瓷相组成及微观形貌的影响
2掺杂对ZBTCM压敏陶瓷压敏及电容-电压（C-V）性能的影响'>    5.3 SiO₂掺杂对ZBTCM压敏陶瓷压敏及电容-电压（C-V）性能的影响
    5.4 ZBTCM压敏陶瓷的阻抗性能研究
    5.5 ZBTCM压敏陶瓷的介电性能研究
    5.6 小结
2掺杂对ZnO-Bi₂O₃-MnO₂压敏陶瓷微观结构及电学性能的影响'>第六章 SiO₂掺杂对ZnO-Bi₂O₃-MnO₂压敏陶瓷微观结构及电学性能的影响
    6.1 引言
2掺杂对ZBM压敏陶瓷相组成及微观形貌的影响'>    6.2 SiO₂掺杂对ZBM压敏陶瓷相组成及微观形貌的影响
2掺杂对ZBM压敏陶瓷压敏性能的影响'>    6.3 SiO₂掺杂对ZBM压敏陶瓷压敏性能的影响
2掺杂对ZBM压敏陶瓷电容-电压（C-V）性能的影响'>    6.4 SiO₂掺杂对ZBM压敏陶瓷电容-电压（C-V）性能的影响
    6.5 ZBM压敏陶瓷的阻抗性能研究
    6.6 ZBM压敏陶瓷的介电性能研究
    6.7 小结
2O₃-MnO₂-SiO₂压敏陶瓷的影响'>第七章 预合成相Bi-Co-O掺杂对ZnO-Bi₂O₃-MnO₂-SiO₂压敏陶瓷的影响
    7.1 引言
    7.2 Bi-Co-O掺杂对ZBMS压敏陶瓷相组成及微观形貌的影响
    7.3 Bi-Co-O掺杂对ZBMS压敏陶瓷压敏性能的影响
    7.4 Bi-Co-O掺杂对ZBMS压敏陶瓷电容-电压（C-V）性能的影响
    7.5 预合成相掺杂机理研究
    7.6 小结
第八章 论文的主要结论、创新点及进一步研究的建议
    8.1 论文的主要结论
    8.2 论文的创新点
    8.3 进一步研究的建议
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文

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本文编号：2890680