【摘 要】
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ZnO线性电阻是在ZnO压敏电阻的基础上开发出来的一种半导体陶瓷材料。与传统的金属材料和碳系材料相比,ZnO线性电阻具有非线性系数小,能量吸收密度大,电阻温度系数小等优点,被广泛应用于断路器、制动电阻等场合。近年来,对ZnO线性电阻的研究主要集中在制备工艺和氧化物掺杂等方面,通过相关研究,ZnO线性电阻的线性和阻温等性能得到了提高。但目前还缺少不同种类氧化物对ZnO线性电阻性能作用机理的研究,且玻
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ZnO线性电阻是在ZnO压敏电阻的基础上开发出来的一种半导体陶瓷材料。与传统的金属材料和碳系材料相比,ZnO线性电阻具有非线性系数小,能量吸收密度大,电阻温度系数小等优点,被广泛应用于断路器、制动电阻等场合。近年来,对ZnO线性电阻的研究主要集中在制备工艺和氧化物掺杂等方面,通过相关研究,ZnO线性电阻的线性和阻温等性能得到了提高。但目前还缺少不同种类氧化物对ZnO线性电阻性能作用机理的研究,且玻璃掺杂ZnO线性电阻的研究鲜有报道。本论文以ZnO:Al2O3:MgO:Ti O2:Y2O3=86.684:7:5:0.6:0.716（wt.%）为基础配方,采用固相烧结法制备ZnO线性电阻。研究了不同的原料预烧方式（不预烧原料、预烧ZnO以外的原料（MATY）和预烧所有原料（ZMATY））、电极（Ag、Al）和烧结温度对ZnO线性电阻结构和性能的影响,以获得最佳制备工艺。通过分别添加La2O3、Si O2和ZBS玻璃（摩尔比ZnO:B2O3:Si O2=6:3:1）,研究了不同类型添加剂对ZnO线性电阻结构与性能的影响,并揭示其作用机理。主要结论如下:（1）预烧MATY可以提高样品的致密度和阻温性能;采用铝电极作为ZnO线性电阻的电极,可以获得更小的电阻值、更高的线性和阻温性能;烧结温度为1360℃时,ZnO线性电阻的晶粒大小分布较均匀,且样品的线性和阻温性能最好。确定最佳制备工艺为:预烧MATY,选择与ZnO形成欧姆接触的铝电极,烧结温度为1360℃。在该制备工艺下,ZnO线性电阻的体积密度和相对密度分别为5.017 g/cm~3和94.83%,非线性系数为1.05,电阻温度系数为-1.28×10-3/℃,电阻率为103.60Ω·cm。（2）La2O3主要与除ZnO以外的氧化物反应,生成富镧相,改善阻温性能,但同时对ZnO线性电阻的线性产生不良影响。当La2O3添加量为0.5 wt.%时,ZnO线性电阻的综合性能最好,其体积密度为5.026 g/cm~3,电阻率为104.89Ω·cm,电阻温度系数为0.21×10-3/℃,非线性系数为1.06。当Si O2添加量较少时,其主要与MgO,Al2O3反应生成Mg3Al2（Si O4）3;当Si O2添加量较多时,其主要与ZnO反应生成Zn2Si O4。适量的Si O2可以提高ZnO线性电阻的体积密度,而Si O2过多则会严重影响ZnO线性电阻的致密性。当Si O2添加量为0.5 wt.%时,样品的体积密度为5.017 g/cm~3,但其电性能变差,非线性系数为1.11,电阻温度系数为-4.97×10-3/℃。（3）ZBS可促进ZnO线性电阻的烧结,显著地提高样品的体积密度,并改善阻温性能。当ZBS添加量为0.5 wt.%,烧结温度为1150℃时,ZnO线性电阻的综合性能最好,其体积密度为5.070 g/cm~3,非线性系数为1.06,电阻温度系数为1.57×10-3/℃。
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