【摘 要】
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在电力系统、电力电子线路的过电压保护当中,ZnO压敏电阻凭借优异的压敏特性而被广泛应用。但是由于ZnO压敏电阻长时间并联在被保护设备两端带电工作,长此以往会对ZnO压敏电阻产生劣化效应。根据Cigre的报告,直流劣化对ZnO压敏电阻的影响更为严重,而目前公开的报道中针对直流劣化问题大多是从工艺角度对其进行改进,从配方角度进行研究的文献较少。本文基于商业配方与传统固相烧结法,研究了不同金属氧化物掺杂
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在电力系统、电力电子线路的过电压保护当中,ZnO压敏电阻凭借优异的压敏特性而被广泛应用。但是由于ZnO压敏电阻长时间并联在被保护设备两端带电工作,长此以往会对ZnO压敏电阻产生劣化效应。根据Cigre的报告,直流劣化对ZnO压敏电阻的影响更为严重,而目前公开的报道中针对直流劣化问题大多是从工艺角度对其进行改进,从配方角度进行研究的文献较少。本文基于商业配方与传统固相烧结法,研究了不同金属氧化物掺杂对ZnO压敏电阻直流老化性能的影响。首先,从晶界形成的角度,探究了Bi2O3掺杂对ZnO压敏电阻直流老化性能的影响,发现Bi2O3掺杂含量在0.3 mol%以下时,晶界层厚度过薄,试样未形成良好的晶界势垒,功耗曲线快速上升,直流老化性能较差,随着掺杂含量增加,试样功耗曲线均呈现先下降并保持稳定的特征,而Bi2O3含量过多,晶界层厚度增加不利于势垒恢复,0.6 mol%Bi2O3掺杂含量的试样直流老化性能最为优异。其次,从控制晶粒尺寸的角度,探究了Sb2O3掺杂对直流老化性能的影响,掺杂0 mol%Sb2O3时,晶粒尺寸过大导致单位厚度晶界数目减少,从而影响ZnO压敏电阻的电气性能,其功耗曲线逐渐上升,通过掺杂Sb2O3抑制晶粒生长,从而提升其电气性能,而过量的Sb2O3掺杂导致尖晶石相过多,晶粒尺寸过小,功耗曲线呈现出先下降后上升的不稳定特征,对比老化前后的结果,发现0.75 mol%掺杂的试样劣化程度最小。最后,从性能提升的角度,探究了NiO掺杂对ZnO压敏电阻直流老化性能的影响,发现NiO掺杂含量在0.33 mol%以下时,试样已经形成较为良好的晶界势垒,但短时间老化后,试样即热崩溃,其功耗曲线急速上升,掺杂含量在0.98 mol%以下时,试样的功耗曲线呈现出先下降后上升的特征,老化后的试样性能有所改善,但势垒高度的恢复能力依然较差,而NiO掺杂含量为1.3 mol%的试样,直流老化性能最为优异。本文系统研究了不同种类及含量的金属氧化物掺杂对ZnO压敏电阻的直流老化性能的影响,并根据测试结果分析了ZnO压敏电阻直流老化中功耗曲线变化的机理,对于提升ZnO压敏电阻的电气性能提供理论参考。
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