ZnO非线性电阻片掺杂改性的研究

结合测试结果,讨论了稀土氧化物掺杂及烧成工艺对电阻片微观组织结构以及电气性能的影响。结果表明,在传统生产配方中掺入Y2O3等稀土氧化物,通过掺杂改性,可以使电阻片中的晶粒尺寸减小,提高电阻片的电位梯度(达到276.8V/mm);在不同的烧成温度点(1190℃、1220℃、1250℃)下,认为1220℃为最佳烧成温度,此时电阻片的能量吸收能力得到提高,同时其它电气性能如泄漏电流和压比等保持良好。     

掺杂氧化钇的ZnO电阻片电性能和微观结构特征

研究了掺杂氧化钇对D5ZnO电阻片的电位梯度、方波容量和压比(U5kA/U1mA)的影响,结果表明,随着氧化钇含量的增加,电位梯度持续增加,最高达到367V/mm。当氧化钇含量在0.3%～0.7%时,压比和方波容量性能最好,分别为1.65和246J/cm3。从微观分析结果,可以看出,上述电性能特征在微观层次上的产生根源是含钇晶间相的总量和分布的变化。通过能谱分析和X射线衍射分析,确定了含钇晶间相的成分范围:Y为10%～50%;Bi、Sb都为15%～25%,主晶相化学组成为Y1.5Sb0.5O3.5。     

直流ZnO电阻片的研究

为了满足特高压直流避雷器保护特性的要求,对ZnO压敏电阻片的电位梯度、非线性性、老化等电气特性进行深入研究。试验表明:当X(Bi2O3)/X(Sb2O3)的掺杂比例为一定值时,获得较低的残压比和较高的电位梯度;改变侧面无机绝缘层的成分使侧面绝缘层与电阻体在烧结时能紧密结合,同时增加有机绝缘保护层,提高电阻片侧面的表面电阻和侧面的防污能力及抗闪络能力,并可改善电阻片的老化特性;在较低的烧成温度下1 070～1 150℃和较长的保温时间4～7 h可获得高性能的特高压直流避雷器用直流电阻片。     

掺杂氧化钇氧化镍对氧化锌电阻片特性的影响

通过掺杂氧化镍、氧化钇,对改善ZnO压敏电阻片电气特性进行了系统研究;分析和讨论了电阻片的电位梯度E、泄漏电流IL、压比Ki、方波、大电流冲击所引起的变化以及老化试验等;掺杂后,不仅提高了电阻片的电位梯度,同时还提高了其能量吸收能力;特别是钇掺杂处于晶界上,抑制晶粒长大,使晶界电压降低,大约为2.2V,是传统电阻片晶界电压的70%。研究获得了电位梯度达260V/mm,方波为800A,能量吸收能力达到300J/cm3的直径为56mm、厚度为9mm的ZnO压敏电阻片。     

Bi掺杂对直流ZnO电阻片缺陷结构和电性能的影响

普遍认为,Bi2O3是ZnO电阻片形成晶界势垒及非线性伏安特性的基础,然而Bi元素对构成势垒的缺陷结构的作用机制仍不清楚.基于一种优化的介电谱,笔者研究了Bi2O3含量对现代直流ZnO电阻片本征点缺陷锌填隙和氧空位、非本征缺陷晶间相结构和界面态的作用机制.实验结果表明,Bi掺杂使得晶界势垒结构发育完善,所以掺入Bi元素...     

高电位梯度ZnO电阻片的研制

ZnO电阻片的电位梯度以单位厚度的压敏电压U1mA/mm来评价,目前传统生产的ZnO电阻片的电位梯度约为200V/mm左右,介绍了采用新配方、新工艺来提高ZnO电阻片的电位梯度,使电阻片的电位梯度提高到290V/mm以上,并使电阻片的其它电气性能有所提高或保持原有的较好水平,通过大量的配方试验和制作工艺的优化选择,已获得比较理想的实验结果。     

掺杂氧化锑对氧化锌电阻片性能的影响

通过改变氧化锑的含量,分析不同含量对氧化锌电阻片电位梯度、泄漏电流等性能的影响。氧化锑在烧结过程中与氧化锌可以形成尖晶石相,可以抑制氧化锌晶粒尺寸的大小,进而调整电阻片电位梯度。在传统五元配方体系中,通过改变氧化锑的增加,电阻片收缩率逐渐增大,致密度逐渐增加;掺杂适量的氧化锑可以提高电位梯度,降低泄漏电流;掺杂过量的氧化锑会降低电位梯度。     

提高ZnO电阻片电性能的研究

ZnO电阻片电气性能的提高对金属氧化物避雷器的运行可靠性起着重要的作用。采用振动磨加搅拌球磨及行星高能球磨工艺后,ZnO电阻片的烧成体积密度提高了0.97%,梯度提高了约30V/mm,U5kV/U1mA降低了0.1左右,600A/2ms方波全部通过。采用药膜04作为粘结剂,优化了成型粒料匹配,流动性提高了39s,坯体的微观结构均匀,ZnO电阻片方波通过率有所提高。应用纳米材料于有机绝缘层中,D5ZnO电阻片的筛选合格率从92.3%提高到98.5%,D6ZnO电阻片的筛选合格率从91.2%提高到98.3%,D7ZnO电阻片的筛选合格率从90.1%提高到97.8%。4/10大电流耐受能力也明显提高,!30ZnO电阻片4/10大电流耐受能力达65kA。     

提高ZnO电阻片性能的研究

本研究着重进行了配方组成、ＺｎＯ预处理、电阻片规格尺寸、成型工艺等方面的研究。实践证明，ＺｎＯ原料本体的预处理，添加适量的Ａｌ３＋和采用相应的工艺条件，能降低ＺｎＯ晶粒本体电阻，可以改善ＺｎＯ电阻片在大电流下的非线性特性，并且根据配方组成，确立了合理的成型制度，提高了性能，在国内达到了较高的水平。     

热处理对MOA用ZnO电阻片电气性能的影响

采取提高热处理温度、延长保温时间等措施,改善直径大且厚的电阻片老化性能,取得了较好的效果。试验证明,热处理工艺可使电阻片的压比明显降低;在0.75U1mA下的阻性电流除少数外均有不同程度的增大,总的规律是尺寸大的比小的增大得多;热处理可明显提高电阻片的方波通流能力,并改善其稳定性。欲通过热处理使电阻片的性能获得最佳,必须根据电阻片的尺寸、烧成制度等调试热处理炉的温度制度及装片密度,选定较合理的工艺。采用再次热处理的方法使已抽查试验的电阻片性能得到恢复。通过X衍射试验,从微观上探讨了热处理改善ZnO陶瓷电气性能的原因。     

掺杂Y2O3对ZnO-Bi2O3系压敏电阻片性能的影响

掺杂Y2O3可显著提高ZnO-Bi2O3系压敏电阻的电位梯度、能量吸收能力等电气性能,但会引起泄漏电流的增加。研究了不同烧成温度下,掺杂0～1.7%(摩尔分数)Y2O3对ZnO-Bi2O3压敏电阻片电气性能的影响。结果表明,在1140℃下,掺杂0.68%(摩尔分数)Y2O3,可获得具有300V/mm的电位梯度和370J/cm3能量吸收能力的高性能电阻片。此外,以FSM为主成分的“F”无机高阻层适宜于高梯度压敏电阻片的侧面绝缘,加速老化系数KCT小于1。     

热处理对稀土氧化物掺杂ZanO-Bi_2O_3系压敏陶瓷电气性能的影响

掺杂稀土氧化物的大尺寸ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷具有明显的"软心"特征,即电位梯度随试样尺寸的增大而下降,表层电位梯度高于内部。经高温热处理后,"软心"现象得到明显的改善,平均电位梯度提高到360V/mm。结合XRD、XPS和EDS的分析结果,发现热处理后Bi2O3相和CeO2相明显析出,试样内部的O浓度提高,添加剂沿轴向的分布趋于均匀。     

稀土氧化物掺杂ZnO-Bi_2O_3系压敏陶瓷的介电特性

在不同温度下测量了稀土氧化物Gd2O3、Ce2O3掺杂ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的介电频谱,发现稀土氧化物的掺杂引起介电损耗显著增大。通过理论计算发现稀土氧化物掺杂后锌填隙和氧空位浓度显著增大,而耗尽层宽度明显减小。因此认为稀土氧化物引起施主性本征缺陷浓度的增大,导致Schottky势垒变薄,从而引起泄露电流的增大及非线性指数的下降。     

稀土氧化物对ZnO-Bi_2O_3系压敏陶瓷晶粒分布及电气性能的影响

研究了稀土氧化物Ce2O3、Gd2O3、La2O3、Y2O3对ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷晶粒尺寸和电气性能的影响,结果表明,稀土氧化物可有效地抑制ZnO晶粒的生长,掺杂Ce2O3、Gd2O3、La2O3、Y2O3后,晶粒的主要分布分别为0～18μm、0～14μm、0～11μm、0～16μm;平均晶粒尺寸下降,其中掺杂Gd2O3后晶粒尺寸最小,为6.2μm。ZnO晶粒分布的标准方差明显下降,改善了晶粒尺寸分布的均匀性。掺杂稀土氧化物后,电位梯度显著提高,E1mA达到了427.5V/mm,改善了ZnO压敏陶瓷的电气性能。     

ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷晶界对残压的影响

ZnO压敏陶瓷残压的高低决定了MOA的保护水平,针对残压的形成机制尚不清楚,测量了传统工艺制备的ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的小电流区、大电流区及部分中电流区的伏安特性,通过对中电流区和大电流区伏安特性的数据拟合发现,中电流区晶界电压降与电流密度之间符合隧道电流导电机制,且当进入大电流区时该晶界击穿电压最终达到一稳定值。计算表明,晶界击穿电压所引起的残压占总残压的90%左右,因此降低残压应主要考虑降低晶界上的击穿电压。     

热处理对稀土氧化物掺杂ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷电气性能的影响

掺杂稀土氧化物的大尺寸ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷具有明显的“软心”特征，即电位梯度随试样尺寸的增大而下降，表层电位梯度高于内部。经高温热处理后，“软心”现象得到明显的改善，平均电位梯度提高到360V／mm。结合XRD、XPS和EDS的分析结果，发现热处理后Bi2O3相和CeO2相明显析出，试样内部的。浓度提高，添加剂沿轴向的分布趋于均匀。     

ZnO-Bi_2O_3系MLCV稳定性的研究

研究了不同温度(900～1040℃)下烧结的ZnO-Bi2O3系叠层片式压敏电阻器(ML-CV)的热稳定性和8/20μs电流脉冲冲击稳定性,发现1000℃烧结的MLCV试样的稳定性最好,其压敏电压变化率的温度系数低于1.67×10-4/K,电脉冲冲击后压敏电压和分线性指数的变化率分别仅为0.25%和4.27%。然后分析了烧结气氛对MLCV在1 mA直流负载作用下压敏电压稳定性的影响,发现当垫料中添加剂的质量百分比比试样中添加剂质量百分比高20%时,MLCV试样压敏电压的稳定性最高。     

ZnO压敏陶瓷势垒高度的测量及其应用

系统分析了势垒高度测量的两种常用方法(I-T特性方法和C-V特性方法)成立的条件,发现直接采用lnj～1/T曲线的基本I-T特性方法适用于流过ZnO压敏陶瓷的电流较小,导电机制为热发射电流的情况,且只能得到等效势垒高度,其最大误差为12%～20%。要使测量误差在10%以内,则外施电压的荷电率不应超过0.4～0.6。改进后的I-T特性方法可测量零偏置电压下的势垒高度准0;C-V特性方法仅适用于偏析层厚度可忽略的情况,否则测量值明显偏大;实际上将两种方法相结合,不但能得到较精确的势垒高度准0,还能获得偏析层的厚度。     

TiO2(掺入La2O3)催化超声降解甲基橙

以实验室合成的La2O3掺入TiO2作为催化剂，以超声降解甲基橙反应为模型，研究了各种因素对La2O3掺入TiO2催化超声降解甲基橙溶液的影响。结果表明，在TiO2(掺入La2O3)催化剂作用下超声降解甲基橙的效果明显优于单纯以锐钛矿型TiO2催化时的情况。TiO2(掺入La2O3)用量为0．5～1．0g／L、超声波频率为25kHz、输出功率为1．0W／cm^2、pH值为1．0～3．0时，初始浓度为20mg／L的甲基橙水溶液在80min左右基本可降解完全，COD的去除率达到了99．0％。