ZnO-Bi 2 O 3 系压敏陶瓷的低温制备及性能研究
发布时间：2021-09-30 23:46
ZnO压敏陶瓷因其具有优良的压敏性能,普遍应用于计算机、家用电器、高压电电路、以及大功率型电路设备中,同时,ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷是压敏陶瓷里研究最为广泛的体系。随着电子-电力产品的集成化、微型化、功能化发展,多层式ZnO压敏陶瓷的制备研究及性能优化越来越受到研究学者的重点关注。为了实现银浆与ZnO压敏陶瓷的共烧及电性能的优化,本论文通过掺杂的方式研究了低温烧结助剂（BST）、添加剂In2O3,Ga2O3,La2O3和Co3O4的掺杂对ZnO-Bi2O3-MnO2-SiO2-TiO2压敏陶瓷相结构、微观结构、致密性和电性能的影响规律,探究了添加剂优化电性能的作用机制,实现了性能优异的ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO压敏电阻的I-V特性曲线
西南科技大学硕士学位论文6此，ZnO主晶相决定了压敏陶瓷的势垒高度以及晶粒自身的导电性，从而影响压敏特性。图1-1ZnO晶体结构Fig.1-1CrystalstructureofZnO富铋相是一种绝缘性的物相，电阻率大，其作为ZnO压敏陶瓷中的第二晶相，一般存在于相邻ZnO晶粒之间的晶界处，组成与掺杂物质有关。在ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷中，富铋相主要成分是Bi2O3，微量成分有MnO2、Co2O3、SiO2、NiO和TiO2等氧化物。由于Bi2O3的熔点低，约为825℃，故在烧结过程中易形成液相Bi2O3。此外，Bi2O3也会与其他组成发生共熔，形成的低共熔液相将掺杂组分溶解，加速掺杂物质的传质，促进固相反应；在冷却过程中，液相析晶形成富铋相，改变晶界态密度。因此，富铋相主要起着改变压敏电压的作用，其次可改变晶粒与晶界之间的势垒高度，从而影响压敏特性。ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷中的其他物相主要包括尖晶石相和掺杂物质形成的新相。这些物相容易在晶粒边界形成钉扎效应，阻碍ZnO晶粒的长大。新相一般不参与导电过程，对电性能没有直接影响；但过量的尖晶石和其他新相的形成会发生聚集，从而形成晶粒较大的杂质相，产生较大的气孔，导致压敏特性变差。因此，其他物相的产生可细化ZnO晶粒的尺寸，以达到优化样品压敏性能的目的。此外，对于陶瓷材料而言，气孔是不可避免的。对于ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷而言，Bi2O3的挥发容易产生气孔，气孔过多会导致压敏电阻陶瓷的压敏性能变差。故控制Bi2O3的挥发是降低气孔率的一个重要方向，低的气孔率是保证样品稳定性及优异电性能的必要条件。1.3ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的研究进展目前，ZnO压敏电阻陶瓷的主要研究方向集中在电性能的优化和低温制备。对于电性能的优化而言，研究学者主要?
2实验原料及方法13由于烧银过程中可能会存在银浆扩散或涂覆不规范等现象，所以需将烧银后的样品进行表面处理，磨掉样品边缘处的导电银浆，确保样品的测试准确度，然后将样品装进自封袋，放入干燥器中，待测试备用。图2-1ZnO压敏陶瓷制备工艺Fig.2-1ThepreparationofZnOvaristor2.3性能表征与测试2.3.1密度测试本实验采用电子天平(AL104）来测量样品的密度。由于ZnO压敏陶瓷中存在的气孔一般是闭孔，在常温下浸泡难以准确的测定样品的真实体积密度，所以采用了煮沸法来测定样品的体积密度。具体步骤如下：（1）将经过烧结后的样品进行表面抛光处理，然后放入超声清洗仪器中超声10min，去除样品表面的附着物，避免煮沸过程中产生的质量损失；（2）将超声后的样品放入120℃的烘箱中烘干24h，准确称量样品的干重M1;（3）然后把样品放入煮沸的去离子水中，煮沸至没有气泡出现；（4）待样品冷却后放入电子天平，称量样品在水中的质量M2;（5）读取测量时水的温度以及水的密度ρ水；（6）取出样品后，用干净无尘纸巾擦拭样品表面的残余水分，再称量样品充分吸水后的湿重M3;利用阿基米德排水法测得的ZnO压敏陶瓷的体积密度ρ，公式如下；=132水（2-1）
本文编号：3416856
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO压敏电阻的I-V特性曲线
西南科技大学硕士学位论文6此，ZnO主晶相决定了压敏陶瓷的势垒高度以及晶粒自身的导电性，从而影响压敏特性。图1-1ZnO晶体结构Fig.1-1CrystalstructureofZnO富铋相是一种绝缘性的物相，电阻率大，其作为ZnO压敏陶瓷中的第二晶相，一般存在于相邻ZnO晶粒之间的晶界处，组成与掺杂物质有关。在ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷中，富铋相主要成分是Bi2O3，微量成分有MnO2、Co2O3、SiO2、NiO和TiO2等氧化物。由于Bi2O3的熔点低，约为825℃，故在烧结过程中易形成液相Bi2O3。此外，Bi2O3也会与其他组成发生共熔，形成的低共熔液相将掺杂组分溶解，加速掺杂物质的传质，促进固相反应；在冷却过程中，液相析晶形成富铋相，改变晶界态密度。因此，富铋相主要起着改变压敏电压的作用，其次可改变晶粒与晶界之间的势垒高度，从而影响压敏特性。ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷中的其他物相主要包括尖晶石相和掺杂物质形成的新相。这些物相容易在晶粒边界形成钉扎效应，阻碍ZnO晶粒的长大。新相一般不参与导电过程，对电性能没有直接影响；但过量的尖晶石和其他新相的形成会发生聚集，从而形成晶粒较大的杂质相，产生较大的气孔，导致压敏特性变差。因此，其他物相的产生可细化ZnO晶粒的尺寸，以达到优化样品压敏性能的目的。此外，对于陶瓷材料而言，气孔是不可避免的。对于ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷而言，Bi2O3的挥发容易产生气孔，气孔过多会导致压敏电阻陶瓷的压敏性能变差。故控制Bi2O3的挥发是降低气孔率的一个重要方向，低的气孔率是保证样品稳定性及优异电性能的必要条件。1.3ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的研究进展目前，ZnO压敏电阻陶瓷的主要研究方向集中在电性能的优化和低温制备。对于电性能的优化而言，研究学者主要?
2实验原料及方法13由于烧银过程中可能会存在银浆扩散或涂覆不规范等现象，所以需将烧银后的样品进行表面处理，磨掉样品边缘处的导电银浆，确保样品的测试准确度，然后将样品装进自封袋，放入干燥器中，待测试备用。图2-1ZnO压敏陶瓷制备工艺Fig.2-1ThepreparationofZnOvaristor2.3性能表征与测试2.3.1密度测试本实验采用电子天平(AL104）来测量样品的密度。由于ZnO压敏陶瓷中存在的气孔一般是闭孔，在常温下浸泡难以准确的测定样品的真实体积密度，所以采用了煮沸法来测定样品的体积密度。具体步骤如下：（1）将经过烧结后的样品进行表面抛光处理，然后放入超声清洗仪器中超声10min，去除样品表面的附着物，避免煮沸过程中产生的质量损失；（2）将超声后的样品放入120℃的烘箱中烘干24h，准确称量样品的干重M1;（3）然后把样品放入煮沸的去离子水中，煮沸至没有气泡出现；（4）待样品冷却后放入电子天平，称量样品在水中的质量M2;（5）读取测量时水的温度以及水的密度ρ水；（6）取出样品后，用干净无尘纸巾擦拭样品表面的残余水分，再称量样品充分吸水后的湿重M3;利用阿基米德排水法测得的ZnO压敏陶瓷的体积密度ρ，公式如下；=132水（2-1）
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