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ZnO压敏电阻是利用陶瓷的晶界半导体效应的电子器件,多年来作为浪涌保护器件在电力系统和电子线路中有着广泛的应用。随着社会对电能的需求越来越大,稳定高效的电力系统成为传输电能必不可少的条件,这就需要高性能的压敏电阻。此外,在高速发展的信息和通讯等领域,对压敏电阻的需求也在迅速增加。ZnO压敏电阻是一种廉价的电力电子设备保护器件,必将得到更大规模的应用。
ZnO压敏电阻是目前性能最好的压敏器件。制备ZnO压敏陶瓷的工艺是采用氧化物固相反应法,它是以ZnO为主体,适当掺入Bi2O3,Sb2O3,Co2O3,Cr2O3,Mno2和SiO2等多种氧化物而制备的半导体陶瓷材料。然而,以往的各种制备工艺存在着各种不足:传统的机械混合法很难得到均匀的复合粉体:化学沉淀法的成分受pH值影响很大:喷雾热分解法得到的粉体多为空心状:溶胶一凝胶工艺成本昂贵;微乳液法工艺复杂等等。以上工艺均不适合工业化生产。因此,采用了一种简便的化学制备工艺——液相纳米包裹法。
本课题主要采用液相纳米包裹方法制备ZnO压敏超细复合粉体,这是一次采用核壳结构制备ZnO压敏陶瓷的有益研究。本工艺主要采用氧化锌超细粉体和添加剂元素的醋酸盐、硝酸盐、柠檬酸盐等原料,在液相中制备添加剂的纳米粉体,并对ZnO晶粒表面进行纳米修饰,从而制备高性能ZnO超细复合粉体。对ZnO超细复合粉体进行了SEM、TEM、TG-DSC和粒度分布等测试,表明此复合粉体超细且均匀。对陶瓷的微结构,电学性能和导电机制等方面进行了研究,发现其电学性能要优于同样配方机械法制备的样品的电许性能。
利用热压烧结制备了性能优良的陶瓷,与传统烧结的陶瓷相比,性能有了很大提高。与常压烧结相比,热压烧结的样品表现出晶粒尺寸小、晶界势垒变高,耗尽层变薄等现象。这些现象均为晶界效应导致的结果。
开发了新型溶胶型无机粘合剂。传统的陶瓷大多采用PVA、PVB等有机粘合剂来造粒,进而提高生坯的强度,提高了流动性,并且降低了密度梯度。然而,排胶工艺浪费了大量的能源和时间,提高了生产成本。本课题开发的这种无机粘合剂,既是一种粘合剂,起到与PVA粘合剂同样的功能;同时,它也是Zn0半导体陶瓷的一种成分,可以提高其电学性能。