TiO2,V2O5摻雜ZnO-Bi2O3基低壓壓敏陶瓷的低溫制備及性能研究.pdf

1、ZnO壓敏陶瓷以其非線性系數(shù)高、響應速度快、漏電流小和殘壓低等優(yōu)勢,廣泛應用于電子、電力等領(lǐng)域。低溫制備低電壓 ZnO壓敏陶瓷是今后壓敏陶瓷研究和發(fā)展的方向。本文首先采用固相反應法以Ti摻雜Zn-Bi基來降低壓敏陶瓷的壓敏電壓,得到最佳工藝條件,并對其性能進行表征;在此基礎(chǔ)上采用固相反應法以 V摻雜Zn-Bi-Ti基來降低壓敏陶瓷的燒結(jié)溫度,得到最佳工藝條件,并對其性能進行表征;最后,采用溶液包裹法,制備Ti、V摻雜Zn-Bi基壓敏陶瓷

2、,與固相法進行了比較。
　　固相法制備Ti摻雜Zn-Bi基壓敏陶瓷的研究表明:TiO2的摻雜量在0~3.0mol％之間時,TiO2能促進ZnO晶粒的生長,且隨著摻雜含量的增加,ZnO的晶粒尺寸長大。當TiO2含量過大時,將與ZnO反應生成尖晶石相Zn2TiO4,它會釘扎在晶界處阻礙 ZnO晶粒的長大。當升溫速度為2℃/min,在1050℃保溫2h,TiO2摻雜量為1.0mol%時,壓敏陶瓷的綜合性能最好,晶粒發(fā)育完全,大小較為均一

3、,平均晶粒尺寸約為35μ m;陶瓷體的密度為5.44g/cm3,相對密度為97%;壓敏電壓梯度最低為21.60V/mm,非線性系數(shù)最高為33,漏電流密度最小為0.020μ A/mm2。通過對交流阻抗譜的研究發(fā)現(xiàn),TiO2的摻雜對壓敏陶瓷晶界的影響最為明顯,對晶粒幾乎無影響;阻抗譜在低頻區(qū)域的效應說明晶界電阻是壓敏陶瓷電阻的主要貢獻者;同時,指出了壓敏陶瓷內(nèi)部等效于R(RC)(RC)的器件結(jié)構(gòu)。
　　在Ti摻雜Zn-Bi基壓敏陶瓷的

4、基礎(chǔ)上,固相反應法制備V摻雜Zn-Bi-Ti壓敏陶瓷的研究表明:燒結(jié)溫度過低時,ZnO晶粒尺寸過小,且大小不均勻;燒結(jié)溫度過高時,部分晶粒異常長大使得尺寸不均一;所以,最佳燒結(jié)溫度為980℃。當 V2O5摻雜量在0.005~0.20mol%之間,升溫速率為5℃/min,在980℃保溫4h,摻雜量為0.02mol%時,其壓敏電壓梯度最低為27.2V/mm,摻雜量為0.01mol%時,壓敏電壓梯度為31.1V/mm,漏電流密度最小為0.02

5、μ A/mm2,非線性系數(shù)最大為25,施主濃度Nd出現(xiàn)最小值為0.810×1018cm-3,耗盡層寬度最大值為32.49nm,界面態(tài)密度Ns最小值為2.632×1012cm-2,同時,出現(xiàn)了較高的勢壘高度B為0.908eV。
　　最后,采用溶液包裹法,制備Ti、V摻雜Zn-Bi基低壓壓敏陶瓷,其壓敏電壓梯度、漏電流密度及非線性系數(shù)分別64.8V/mm、0.03μ A/mm2和19.6。與固相法比較性能略差,其主要原因是溶液包裹法所