低压ZnO压敏陶瓷的制备及Y2O3掺杂改性研究

论文摘要

本文以制备低压ZnO压敏陶瓷材料为目的,论述了低压ZnO压敏陶瓷的性能、用途、分类、实现低压化的方法、国内外的研究动态及发展趋势;研究了制备低压ZnO压敏陶瓷的基本工艺和方法,包括压制成型时的压强和粘结剂用量的选择;研究了烧结工艺中烧结温度、保温时间及升温速率对低压ZnO压敏陶瓷电性能和致密度的影响规律,优化了低压ZnO压敏陶瓷的烧结工艺。研究结果表明:坯体的成型极限压强为20Mpa、粘结剂加入量为12wt%时低压ZnO压敏陶瓷的各项性能最优;低压ZnO压敏陶瓷的最佳的烧成工艺条件为:烧成温度1200℃,保温时间2h,升温速率7℃/min。本文首次采用正交试验法,利用制备ZnO压敏陶瓷的常规工艺,系统研究了Bi、Ti、Co、Mn、Sn、Sb等6种元素氧化物对ZnO压敏陶瓷性能的影响,得出低压ZnO压敏陶瓷的最佳配方为:1.25%Bi2O3+0.4%TiO2+0.4%Co2O3+1%MnO2+1%SnO2+1%Sb2O3+94.95%ZnO。在最佳烧结工艺条件下烧结,压敏电压为10.15V,漏电流为2.05μA,非线性系数为22.2。在低压配方的基础上,通过添加稀土元素氧化物Y2O3做了改性试验,研究了Y2O3掺杂对低压ZnO压敏陶瓷电性能的影响规律及作用机制。研究发现:Y2O3的加入能使低压ZnO压敏陶瓷的非线性系数增大,漏电流相应的减小,但同时会使压敏电压大幅度提高,同时,Y2O3的掺杂会使低压ZnO压敏陶瓷的晶粒尺寸明显减小,并且大小和分布更为均匀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 ZnO 压敏陶瓷
• 1.2 ZnO 压敏陶瓷的物理化学和显微结构
• 1.2.1 ZnO 压敏陶瓷产生压敏性的物理基础
• 1.2.2 ZnO 压敏陶瓷产生压敏性的化学基础
• 1.2.3 ZnO 压敏陶瓷产生压敏性的显微结构
• 1.3 ZnO 压敏效应原理及其表征
• 1.4 低压ZnO 压敏陶瓷的掺杂改性与晶粒生长理论
• 1.4.1 掺杂改性理论
• 1.4.2 晶粒生长理论
• 1.5 ZnO 压敏陶瓷低压化方法
• 1.5.1 减小ZnO 压敏陶瓷片的厚度
• 1.5.2 降低ZnO 压敏陶瓷片中单晶界层击穿电压
• 1.5.3 增大ZnO 平均晶粒尺寸
• 1.6 ZnO 压敏陶瓷国内外的研究动态及发展趋势
• 1.6.1 ZnO 压敏陶瓷国内外的研究动态
• 1.6.2 低压ZnO 压敏陶瓷的发展趋势
• 1.7 本课题研究的意义、目的和内容
• 1.7.1 本课题研究的意义和目的
• 1.7.2 本课题的研究内容
• 2 试验方法原理与试验设计
• 2.1 实验原料及设备
• 2.2 试验方案设计
• 2.3 ZnO 压敏陶瓷的制备工艺
• 2.3.1 样品制备
• 2.3.2 制备工艺流程图
• 2.4 ZnO 压敏陶瓷工艺优化
• 2.4.1 ZnO 压敏陶瓷成型工艺优化
• 2.4.2 ZnO 压敏陶瓷烧结工艺优化
• 2.5 样品结构和性能测试
• 3 低压ZnO 压敏陶瓷工艺参数优化
• 3.1 低压ZnO 压敏陶瓷成型工艺参数优化
• 3.1.1 压制成型时压强和保压时间的优化
• 3.1.2 粘结剂用量的优化
• 3.2 低压ZnO 压敏陶瓷烧结工艺参数优化
• 3.2.1 烧结温度对低压ZnO 压敏陶瓷电性能的影响
• 3.2.2 保温时间对低压ZnO 压敏陶瓷电性能的影响
• 3.2.3 升温速率对低压ZnO 压敏陶瓷致密度的影响
• 3.3 本章小结
• 4 添加剂对低压ZnO 压敏陶瓷性能影响的正交试验研究
• 4.1 添加剂对低压ZnO 压敏陶瓷电性能的影响
• 4.2 添加剂对低压ZnO 压敏陶瓷显微结构的影响
• 4.3 添加剂掺杂低压ZnO 压敏陶瓷XRD 物相分析
• 4.4 本章小结
• 20₃ 掺杂对低压ZnO 压敏陶瓷性能的影响'>5 Y₂0₃ 掺杂对低压ZnO 压敏陶瓷性能的影响
• 20₃ 掺杂对低压ZnO 压敏陶瓷电性能的影响'>5.1 Y₂0₃ 掺杂对低压ZnO 压敏陶瓷电性能的影响
• 20₃ 掺杂对低压ZnO 压敏陶瓷显微结构的影响'>5.2 Y₂0₃ 掺杂对低压ZnO 压敏陶瓷显微结构的影响
• 5.2.1 扫描电子显微镜（SEM）形貌分析
• 5.2.2 能谱（EDS）测试分析
• 5.2.3 X 射线衍射（XRD）物相分析
• 20₃ 掺杂对低压ZnO 压敏陶瓷的作用机制分析'>5.3 Y₂0₃ 掺杂对低压ZnO 压敏陶瓷的作用机制分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献