还原再氧化条件下铝掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备与性能研究

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随着电子信息技术的快速发展,叠层片式ZnO压敏电阻器以其体积小、耐受浪涌冲击能力强、反应速度快等优点得到广泛应用。目前叠层片式压敏电阻通常使用贵金属Pt、Ag/Pd等作为内电极,生产成本较高,使用贱金属作为内电极是降低成本的有效途径。由于贱金属内电极在高温下易氧化,需要采用还原再氧化的方法制备。本文主要研究还原再氧化条件下铝掺杂ZnO压敏陶瓷的制备与性能改善。  首先研究还原再氧化条件下Al直接掺杂制备ZnO压敏陶瓷,发现掺杂Al使ZnO压敏陶瓷的残压比显著降低,耐受浪涌冲击能力明显改善。Al固溶于ZnO晶粒能提高晶粒电导率,拓宽非线性区电流范围。然后优化了还原气氛下烧结温度和空气条件下再氧化温度等工艺条件,在Al掺杂量为0.006mol%,N2-H2气氛中1000℃烧结,空气中800℃再氧化下制备的陶瓷样品,其非线性系数为51.67,漏电流为0.28μA/cm2。在8/20μs脉冲电流冲击后,残压比为2.16,压敏电压变化率为2.21%。  在此基础上,为了进一步降低残压比,提高耐受浪涌冲击能力,提出了Al的两步掺杂方式。在空气条件下采用Al两步掺杂方式制备ZnO压敏陶瓷,与Al直接掺杂方式制备的ZnO压敏陶瓷对比,其电性能显著改善。然后将Al两步掺杂方式应用于还原再氧化条件下制备ZnO压敏陶瓷中,并对Al掺杂量、烧结温度进行优化。在Al掺杂量为0.006mol%,烧结温度975℃下制备的陶瓷样品的非线性系数提高到56.28,漏电流减少为0.18μA/cm2,在8/20μs脉冲电流冲击后残压比为1.50,压敏电压变化率为1.56%。相比于Al直接掺杂方式得到的ZnO压敏陶瓷,Al两步掺杂方式得到的ZnO压敏陶瓷电性能显著改善。微观测试和电性能分析结果表明:两步掺杂方式有助于Al固溶在ZnO晶粒中,提高晶粒电导率,同时Al在陶瓷体内分布的改善,也使受主态密度和晶界势垒高度得到提高,陶瓷体致密度增大、气孔率降低。
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