论文摘要
实现ZnO压敏陶瓷低压化的途径主要有三条：减小ZnO压敏陶瓷片的厚度、降低ZnO压敏陶瓷中单晶界层击穿电压、增大ZnO晶粒的平均尺寸，而且，亦可把各途径适当地结合起来。本论文主要创新性地对低压ZnO压敏陶瓷增长晶粒法制备工艺及性能进行了较为深入和系统的研究。通过做大量的试验和借助大型万能光学显微镜、X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜等先进测试分析仪器，不仅得到了一些比较理想的试验结果，而且得到了具有一定价值的理论收获，这将能够为工厂中试生产提供有益的直接参考。具体如下：找到了适当的籽晶制备方法，即以99.5mol％ZnO+0.5m01％BaCO3的配方组成，按与典型电子陶瓷制备工艺相似的工艺在1420℃下保温10h，然后用沸水煮解足够长时间，利用240目、300目及400目标准分样筛进行粒径分级便可制备出粒径范围分别为38μm～48μm和48μm～61μm的ZnO籽晶；该ZnO籽晶具有六方纤维锌矿结构。参照欧盟RollS指令设计配方，通过按正交表L16（45）来安排并进行试验，用极差分析法对试验结果进行合理的处理分析，找到了对于压敏瓷片的低压化要求而言较优的工艺条件，并较稳定地制得了电学性能较理想的低压ZnO压敏陶瓷，其压敏电压为11V／mm、漏电流为0.018mA、非线性系数为15.6。借助能谱仪对瓷片进行测试分析，了解了瓷片的微观组成分布，发现在瓷片内部不仅主要存在Bi富集晶界层、Bi贫化晶界层、晶粒直接接触晶界层等三种晶界层，而且可能存在一种等效晶界层——残留有Bi的闭口气孔，这四种晶界层对瓷片压敏效应的贡献不同，换言之，这四种晶界层的有效性程度不同，瓷片的压敏效应应该是瓷片内部所有这四种晶界层对压敏效应贡献的统计平均。借助扫描电镜获得瓷片断口形貌的背散射电子像，通过科学合理的对比分析，基本上印证了高烧结温度、长保温时间、TiO2及籽晶对ZnO晶粒的助长作用，并且有单独TiO2的助长作用小于单独籽晶的助长作用、单独籽晶的助长作用又小于TiO2+籽晶的合助长作用。得到了如下规律：在瓷片内部单晶界层击穿电压可以近似地认为是一个常数的前提下，随着瓷片内部晶粒平均尺寸的增大（当然，晶粒尺寸分布也要较均匀），瓷片将变得更加低压化；按理，当晶粒平均尺寸很大时，压敏电压应很低，但由于这时晶粒内部将具有更多的等效晶界层，故压敏电压不是继续降低，而是略有升高。