【摘 要】
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TiO2压敏陶瓷以压敏电压低、介电常数高、制备工艺简单等诸多突出优点,在低压领域常被用作过电压保护和浪涌吸收器。其烧结方法通常采用传统固相法。但由于传统烧结温度过高,不仅会造成晶粒异常长大,还会引起一些低熔点添加剂的大量挥发,使材料性能恶化。而电场辅助烧结（简称闪烧）是近年来开发的烧结技术,其烧结温度低,烧结时间短,陶瓷颗粒均匀、细化,是一种高效节能的制备陶瓷新工艺。为此,本文采用电场辅助烧结技术
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TiO2压敏陶瓷以压敏电压低、介电常数高、制备工艺简单等诸多突出优点,在低压领域常被用作过电压保护和浪涌吸收器。其烧结方法通常采用传统固相法。但由于传统烧结温度过高,不仅会造成晶粒异常长大,还会引起一些低熔点添加剂的大量挥发,使材料性能恶化。而电场辅助烧结（简称闪烧）是近年来开发的烧结技术,其烧结温度低,烧结时间短,陶瓷颗粒均匀、细化,是一种高效节能的制备陶瓷新工艺。为此,本文采用电场辅助烧结技术制备TiO2压敏陶瓷,研究其在不同温度和外加电场下的烧结性能、压敏性能、介电性能以及阻抗,并探讨TiO2压敏陶瓷的电场辅助烧结机理。应用电场辅助烧结技术制备TiO2-Bi2O3-Nb2O5压敏陶瓷时,通过调节电场强度的大小,研究闪烧参数（电流、功率密度、起始闪烧温度等）的变化,并且采用恒压和恒温两种闪烧模式,讨论样品致密度和物相组成的变化规律,以及观察样品的微观形貌,测定其电学性能。实验结果表明:起始闪烧温度随外加电场的增加而降低,当电场强度为40 V/mm时,最高闪烧温度仅为643℃,比传统烧结温度低约500℃,同时烧结时间大大缩短,仅为120 s,制备效率大幅提升。在恒压模式下,当电场强度为80 V/mm时,其压敏电压比传统烧结成倍增加,达到688.8 V/mm,非线性系数从5左右提升至15.1,漏电流显著降低仅为0.001 mA。在恒温模式下,当电场强度为80 V/mm时,其非线性系数较恒压模式大幅增加,达146,漏电流提高为1.341 mA。两种模式对比,恒温闪烧对介电性能的影响更加有利。通过引入ZrO2和SiC等导电组分来改善样品的性能,同时研究各组分对TiO2压敏陶瓷微观结构和电学性能的影响。实验结果表明:当ZrO2掺杂量为0.5 wt%时,最高闪烧温度提高至726℃,功率密度从17.43 mW/mm3提升到29.402 mW/mm3。此外,ZrO2的加入提高了样品的介电性能,且恒温模式比恒压闪烧模式更为有利。40 V/mm电压、1000 Hz下的介电常数增至4.44×103,介电损耗降低到0.17。当SiC含量为5 wt%时,最高闪烧温度升至786℃,样品相对密度提升到97%。同时,SiC的加入提高了样品的晶界电阻,在电场强度为100 V/mm时,恒温闪烧模式下样品的晶界电阳增至5.24×107ohm。
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