ZnO基压敏陶瓷烧结机理研究进展

ZnO基压敏陶瓷是应用最为广泛的压敏电阻材料。它本质上属于晶界功能特性材料,其性能与烧结过程中液相的形成、传质和物相反应等密切相关。上述烧结机理相关问题是理解ZnO基压敏陶瓷晶界功能特性形成,并进而通过对其烧结过程、显微结构的控制来调控其性能的基础。从主要液相形成元素、对显微形貌有显著控制作用的元素和其它元素影响3方面综述ZnO基压敏陶瓷烧结机理研究领域的最新进展,在此基础上概述研究进展的典型应用,并总结现存的问题,可为本领域及相关领域内研究者提供参考和借鉴。     

ZnO压敏陶瓷的微波烧结

对用纳米粉体制备的ZnO压敏生坯进行了微波烧结,通过XRD、SEM分析和电性能测试,与普通烧结比较,微波烧结可使ZnO压敏材料快速成瓷,显著缩短烧结时间;在相同晶粒尺寸下,微波烧结温度更低,瓷体更致密;并能获得较好电性能．微波烧结为ZnO压敏陶瓷材料制备提供了一条新的、高效节能的途径．     

ZnO压敏陶瓷烧结工艺优化

首次采用正交试验法研究了烧结工艺中工艺参数对ZnO压敏陶瓷性能的影响.经试验研究,最终确定出了烧结工艺中的主要工艺参数,即烧结温度、保温时间、升温速率、烧结方式的最佳配比,为工业生产ZnO压敏陶瓷提供了理论与试验上的技术依据.     

Sol-Gel法制备ZnO压敏陶瓷及其电性

采用溶胶－凝胶（ｓｏｌ－ｇｅｌ）工艺制备ＺｎＯ电压敏陶瓷粉体．探讨其制备的最佳工艺条件：以 Ｚｎ（ＮＯ_３）_２与 ＮａＯＨ为反应前驱物制取胶体, Ｚｎ^２＋浓度控制在 ０．５ｍｏｌ·Ｌ^－１以上, ｐＨ值７．５左右,预烧温度３００℃,陶瓷烧结温度１２００℃;制得的压敏电阻的非线性系数α＝２８;研究了稀土Ｌａ_２Ｏ_３掺杂对该陶瓷电性的影响：低浓度掺杂时,可提高压敏电压,高浓度掺杂时;不呈现压敏特性;对粉体进行了Ｘ射线衍射和透射电镜分析,预烧后得到五元掺杂的ＺｎＯ粉体粒形呈球状,属六方晶系,粒径分布窄,约为４０～８０ｎｍ．     

ZnO压敏陶瓷与有机绝缘材料间界面电荷及其作用

用热刺激电流和电声脉冲法研究了ＺｎＯ压敏陶瓷与绝缘材料间界面电荷分布。发现绝缘材料显著地影响界面电荷性质和密度，压敏陶瓷酯型聚氨酯界面存在大是电荷，而压敏陶瓷与聚酯改性有机硅界而没有电荷。     

燃烧法制备ZnO纳米粉体及Pr系ZnO压敏陶瓷

以Zn(NO32)和NH2CONH2为原料,通过燃烧法合成纳米ZnO粉体。用X射线衍射、扫描电镜、比表面积分析手段对所制备粉体的性能进行了表征。结果表明,制备的纳米氧化锌为纯相六角纤锌矿结构。在三种反应模式中,当φ=0.85(贫燃比,SCS)时,晶粒尺寸为41.5nm,其比表面积为0.849m2/g;当φ=1.67(化学计量比,VCS)时,晶粒尺寸为36.6nm,其比表面积为0.516m2/g;当φ=2.8(富燃比,SHS)时,晶粒尺寸为30.5nm,其比表面积为4.068m2/g。燃烧法制备的Pr系ZnO压敏陶瓷在1250℃烧结2h后,其电性能优异,晶粒尺寸约为3.5μm,压敏电压(VlmA)为5470V/cm,非线性系数(α)为27.84,漏电流(IL)为11.5μA。     

复合添加剂的共沉淀法制备及ZnO压敏陶瓷研究

采用共沉淀法合成的复合添加剂粉体制备ZnO压敏陶瓷,用TG-DTA热分析沉淀物前驱体, 通过XRD、SEM、EDS和DLS表征复合粉体的物相、形貌、组成元素、粒度及其分布, 测试压敏陶瓷性能、并观察其结构.结果表明, 550℃煅烧前驱体生成各添加剂氧化物的混合物; 650℃煅烧1 h形成组成为(Bi_1.14Co_0.26Mn_0.29)(Sb_1.14Cr_0.57Ni_0.29)O_6.25焦绿石型复合添加剂粉体, 复合粉体平均粒径为0.26μm; 复合粉体制备的ZnO压敏陶瓷的电位梯度为330 V/mm、非线性系数为47、漏电流为5μA/cm², 电性能参数分别优于固相法混合添加剂粉体制备的压敏陶瓷, 这归因于复合粉体制备的压敏陶瓷具有更均匀的显微结构.     

Al2O3掺杂ZnO压敏陶瓷的晶粒生长研究

研究了Al2O3掺杂对ZnO压敏陶瓷晶粒生长规律的影响,应用晶粒生长动力学方程确定了晶粒生长的动力学指数和激活能.实验结果表明,对于Al2O3掺杂ZnO压敏陶瓷,其晶粒生长的动力学指数n等于4,激活能Q等于(400±26)kJ/mol.Al2O3掺杂ZnO压敏瓷的晶粒生长机理是ZnAl2O3尖晶石颗粒在ZnO压敏瓷晶粒边界钉扎过程中Al3+和O2-通过ZnAl2O4尖晶石的扩散.     

氧化锌压敏陶瓷脉冲放电特性研究进展

氧化锌(ZnO)压敏陶瓷材料具有非线性指数值高、响应时间短、漏电流小、通流能力强和性价比高等优点,因而被广泛应用于各种电路的过压保护。ZnO压敏电阻快脉冲放电特性的研究对材料的制备及其应用具有重要的意义。分析了ZnO压敏陶瓷材料的微观结构形貌及物理模型;比较了基于电磁脉冲发生器、空气隙开关和脉冲整形装置技术的ZnO压敏陶瓷放电特性研究方法;讨论了8/20μs电磁脉冲和陡波脉冲激励下材料的击穿放电特性;提出了研究纳秒量级及更快电脉冲激励下的ZnO压敏陶瓷导电特性的问题。     

低压ZnO压敏薄膜制备与研究

以GDARE法沉积的低压ZnO压敏薄膜为多孔性超微粒结构,沿c轴高度取向.经一定温度热处理后,薄膜具有较好的非线性V-I特性,漏电流小,压敏电压低.温度对薄膜的V-I特性影响较大.文章讨论了ZnO低压压敏薄膜的导电机理.     

ZnO低压压敏电阻陶瓷材料研究进展

本文详细介绍了不同体系的ZnO低压压敏电阻材料特点及各自的局限性,并且对ZnO压敏电阻向低压化发展趋势下出现的材料低温烧结技术进行了评述.最后在总结以往研究的基础上提出了若干ZnO低压压敏电阻材料组份设计上的原则,可为压敏电阻及其它电子陶瓷材料的研究提供一定的指导意义.     

氧化锌压敏陶瓷烧结致密化过程的研究

本文研究了氧化锌压敏陶瓷的致密化过程，结果发现只有当烧结温度升高到一定值时，试样中的ＺｎＯ粉粒产生聚集，致密化过程才开始．致密化是瓷体获得稳定电性能的基础．低熔点添加剂Ｂ２Ｏ３可以降低致密化的起始温度，而致密化过程中的等温烧结对ＺｎＯ压敏陶瓷的最大密度几乎没有影响．     

添加Bi2WO6对ZnO基压敏陶瓷电学性能的影响

用传统固相反应法研究了添加Bi₂WO₆(x=0%~9%,质量分数)对ZnO基压敏陶瓷的微观结构、压敏性能和介电性能的影响。结果表明：掺入适量的Bi₂WO₆能促进ZnO压敏陶瓷晶粒均匀生长、提高微观结构的均匀性、降低压敏场强和提高非线性系数;同时,Bi₂WO₆的添加可提高ZnO晶粒表面吸附氧的含量,从而提高界面态密度和势垒高度以及ZnO基压敏陶瓷的非线性特性。Bi₂WO₆的添加量为7%的ZnO基压敏陶瓷,其综合性能为：E_{1 mA}=263 V/mm,α=53,J_L=3.50 μA/cm²,φ_b=11.52 eV。     

B2O3和Al2O3共同掺杂ZnO压敏陶瓷的性能

研究了B₂O₃(B)和Al₂O₃(Al)共掺杂对ZnO压敏陶瓷电学性能和微观结构的影响。结果表明,共掺杂B和Al的ZnO压敏陶瓷,具有低泄漏电流、高非线性和低剩余电压等优良电性能。B和Al的掺杂率为3.0%(摩尔分数)和0.015%(摩尔分数)的ZnO压敏陶瓷,其最佳样品的电参数为：击穿电压E_{1 mA}＝475 V/mm;泄漏电流J_L=0.16 μA/cm²;非线性系数α=106;剩余电压比K = 1.57。     

PZT95/5铁电陶瓷晶粒度对冲击波作用下击穿电压的影响

在气炮加载条件下,分别测试了两种晶粒度的PZT95/5铁电陶瓷样品在冲击波作用下的击穿电压,并采用Weibull分布分析了所获得数据.结果表明,PZT95/5铁电陶瓷在冲击波作用下的击穿电压分布可以用二参数Weibull分布模型描述,从击穿电压密度分布函数和失效率函数来看,晶粒度为2.5μm的PZT95/5样品的击穿电压分布优于晶粒度为7μm的PZT95/5样品击穿电压分布.     

氧化锌压敏陶瓷及其元件研究进展

介绍了氧化锌压敏陶瓷在次晶界现象，几何效应以及高温热释电等方面的应用基础研究成果，指出氧化锌压敏电阻器的发展方向为片式化和提高能量耐受能力。     

ZnO导电陶瓷的微观结构与导电机理

本文探讨了ＺｎＯ导电陶瓷的微观结构与导电机理。发现基俱有不同于ＺｎＯ压敏电阻和ＺｎＯ线性电阻的特殊的微观结构。该导电陶瓷是由大的并带有针状的晶粒及小的粒状晶粒组成，针状晶粒体积较大（１５～２０μｍ），它们在烧结体内相互连接，形成一个连续的整体而贯穿烧结体始终，本文还介绍了该导电陶瓷的特点。该导电陶瓷室温电阻率可达到０．０６８Ω．ｃｍ室温下就能导电，工作时无需预热。