半导体ZnO压敏陶瓷是一种电子陶瓷器件,由于其宏观电阻率会随外加电场而变化,表现出优异的非线性电压-电流特性,主要被用于感应、限制电路中的各种瞬态过电压和吸收浪涌能量。ZnO压敏陶瓷的非线性电压，电流特性起源于其独特的晶界的双Schottky势垒,即材料的电学性能与其微观晶界结构及缺陷化学有着密切的关系。因此,本文通过开发新颖的材料配方和独特的制备工艺,控制和改善材料晶界的微观结构和成分分布,来提高和优化氧化锌压敏陶瓷的电学性能,同时进行相关的物理化学机理的理论研究。具体的研究内容包括:　　 一、ZnO压敏陶瓷在直流电场下的电学性能稳定性研究　　 从改变原材料组成和烧结后续处理(浸泡工艺)两个方面入手,重点研究了Bi2O3含量(在配方中含有SiO2的条件下)及其物相对ZnO压敏陶瓷的直流电场下的电学稳定性的影响。研究发现Bi12SiO20相(以γ-Bi2O3为基质的SiO2有限固溶体)有助于提高ZnO压敏陶瓷在直流电场下的电学稳定性。该物相可以有效抑制晶界氧的解吸附过程,形成一个稳定的晶间势垒,有效地改善ZnO压敏陶瓷在直流电场下的电学老化问题。对ZnO压敏陶瓷的热处理研究表明空气中850℃(保温2h)的热处理条件有助于Bi12SiO20相的形成。　　 适宜的Bi2O3的含量,有助于Bi12SiO20相的形成,对于提高ZnO压敏陶瓷的直流电场下的电学稳定性有着重要的作用。可以通过调整原料配方和采取浸泡工艺来控制样品中的Bi2O3的含量。浸泡工艺是本文提出的一种创新性工艺,它是利用表面的亚硝酸沉淀在热处理过程中产生的由表及里的液相Bi2OO3的渗透扩散过程,增加了样品内部的Bi2O3的含量。实验证明原料中Bi2O3/SiO2mole比例≈1和1.0-2.0 mol/L溶液浸泡3h加以热处理的两种路线都可以产生适宜的Bi2O3含量和均匀的Bi2O3成分分布,并有效提高ZnO压敏陶瓷在直流电场下的电学稳定性。　　 二、开发高击穿电压的ZnO压敏陶瓷　　 通过一种新颖的两步法粉体制备技术,获得了具有“双核壳结构”纳米复合粉体,制备出具有优越电学性能的压敏陶瓷。烧结后的压敏陶瓷具有较高的压敏电压(1123V/mm,),高的非线性系数(42.5)和低的漏电流(8.5μA)TEM和SEM等微观分析手段证明SiO2包覆层在此过程中起到了关键性的作用,它在烧结过程中形成的Zn2SiO4相,有效控制了ZnO晶粒的生长。因此,“双核壳结构”纳米复合粉体烧结形成较小且均匀的ZnO晶粒尺寸和均匀的成分分布,从而形成优越的电学性能。