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本文在阐述ZnO压敏电阻器导电机理的基础上,分别采用共沉淀法、室温固相化学法和自蔓延燃烧法三种化学方法制备了ZnO压敏电阻用纳米粉体。通过成型、烧结、陶瓷表面金属化等工艺制备了高压ZnO压敏电阻。借助DSC-TG、XRD、SEM、TEM、粒度分布测试等手段对粉体前驱物的热行为、粉体的组成、粒度和形貌进行了表征,探讨了工艺参数对粉体粒度的影响。结果表明:(1)采用共沉淀法制备了中位径为89nm的掺杂ZnO粉体,影响粉体粒度的因素有:沉淀剂的种类、主盐浓度、溶液的PH值、表面活性剂等。(2)采用室温固相化学法制备了中位径为23nm的球形掺杂ZnO粉体,影响粉体粒度的因素有:反应物种类、反应物配比、研磨方式、球磨时间、前驱物洗涤方式等。(3)采用自蔓延燃烧法制备了中位径为67nm掺杂ZnO粉体。(4)室温固相化学法制备ZnO掺杂纳米粉体具有产率高、成本低、粉体粒度小、分散性好等优点,是一种适合于工业化的方法。
文中借助XRD、SEM、电性能测试等手段,对压敏电阻陶瓷的组成及结构、压敏电阻的性能进行了表征,并探讨了工艺参数对压敏电阻性能的影响及其机理。结果表明:(1)随着烧结温度的升高、烧结时间的延长,ZnO压敏电阻的电位梯度降低;非线性系数起初增大,达到最大值后,随着烧结温度的继续升高或保温时间的继续延长而降低;漏电流的变化趋势与非线性系数的变化趋势刚好相反。(2)自蔓延燃烧法、室温固相化学法(不含镨)、共沉淀法、传统固相法所得掺杂粉体经成型后分别在1000℃、1080℃、1130℃、1180℃烧结2h,获得的ZnO压敏电阻的电位梯度分别为745.27V/mm、791.64V/mm、330.99V/mm、178.05V/mm;非线性系数分别为56.53、24.36、19.70、13.31;漏电流分别为6μA、43μA、55μA、102μA。(3)采用室温固相化学法制备的掺有稀土Pr2O3的粉体,在1080℃烧结2h,制得的ZnO压敏电阻的电性能优于没有掺杂Pr2O3的压敏电阻,其电位梯度为864.39V/mm,非线性系数为28.75,漏电流为35uA。