ZnO压敏陶瓷在电场作用下的老化研究

发布时间：2020-11-20 01:47

　　 ZnO压敏电阻具有优异的非线性特性,广泛应用于家用电器、数码产品、汽车电子、铁路、航空、通信、建筑、电力系统等重要领域,ZnO压敏电阻主要起操作过电压与脉冲过电压防护作用。ZnO压敏陶瓷元件在使用过程中会受到脉冲电压、暂态过电压、持续工作电压三类电应力的联合作用,导致ZnO压敏陶瓷元件性能老化,老化失效的ZnO压敏电阻无法起到有效的保护作用。研究人员对ZnO压敏陶瓷的老化进行过很多研究,但是还远远未达到完善的地步。本文进一步研究了ZnO压敏陶瓷在电场作用下的老化、劣化,这可为提高ZnO压敏陶瓷寿命及可靠性提供一定方法借鉴。本文从“ZnO压敏陶瓷表层缺陷对ZnO压敏电阻8/20μs波形冲击老化的影响”、“ZnO压敏陶瓷在直流与8/20μs波形复合作用下的老化”、“ZnO压敏陶瓷在2ms方波作用下的老化”几个大方面进行研究,进一步探究ZnO压敏陶瓷的老化,经过研究得出以下结论:(1)排胶过程导致ZnO压敏陶瓷表层产生较多气孔,烧结过程中表层Bi_2O_3的挥发量较多,这两点因素使ZnO压敏陶瓷表层的电性能降低;集肤效应导致电流分布不均匀,电极边缘电流集中,导致电极边缘产生熔融缺陷,加速老化。Zn O压敏陶瓷表层的电性能下降以及集肤效应都会加速ZnO压敏陶瓷表层的老化,这导致ZnO压敏陶瓷在8/20μs电流冲击老化初期阶段,ZnO压敏陶瓷表层的老化程度高于ZnO压敏陶瓷中心部位的老化程度。(2)经过直流老化后的ZnO压敏陶瓷,老化最严重的部位在ZnO压敏陶瓷中心部位,而直流老化后的ZnO压敏陶瓷再经8/20μs脉冲老化,最终破坏的位置会出现在ZnO压敏陶瓷的边缘部位的情况,分析认为这是由于电流的集肤效应导致的。ZnO压敏电阻在8/20μs脉冲电流作用下,电流主要集中在ZnO压敏电阻电极边缘位置,这导致ZnO压敏电阻边缘破裂破坏。(3)2ms方波冲击电流会导致ZnO压敏陶瓷局部温度过高,Zn O压敏陶瓷熔孔处的ZnO晶粒以及晶界层遭到明显破坏,靠近穿孔中心位置的ZnO晶粒发生碎裂破坏,晶界层发生熔穿破坏。本论文对ZnO压敏陶瓷在电场作用下的老化作了进一步研究,这可为ZnO压敏陶瓷电性能及可靠性的提高提供一定方法借鉴。
【学位单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ174.75
【部分图文】：

图 1.1 ZnO 压敏陶瓷的结构模型Fig. 1.1 Structure model of ZnO varistor ceramics是晶界层，是各种添加剂的富集区，也是非线性的分三个区域[3, 33],如下图 1.2 所示：

图 1.2 ZnO 压敏陶瓷晶粒边界显微结构示意图. 1.2 Microstructure schematic diagram of ZnO varistor ceramic grain boun 是尖晶石晶粒，它包含有少量的 Co、Mn、Cr 等元素。尖晶石三个 ZnO 晶粒的交界处，少量的尖晶石会镶嵌于 ZnO 晶粒中

图 1.3 ZnO 压敏电阻在电路中的连接方式与工作原理. 1.3 Connection mode and working principle of ZnO varinO 压敏陶瓷老化研究现状
【参考文献】

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本文编号：2890756