ZnO压敏陶瓷制备工艺优化及TiO<,2>和LiOH掺杂研究

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本文论述了氧化锌压敏陶瓷的性能、用途、分类、研究动态和发展趋势;研究了成型时成型压强、保压时间和粘结剂用量对压敏陶瓷电性能的影响,结果表明:粘结剂加入量在12wt%、成型极限压强为220Mpa、保压时间选择15~20s时氧化锌压敏陶瓷的各项电性能最优;优化了氧化锌压敏陶瓷的烧结方式,采用连续缓慢升温至烧结温度1180℃并保温2小时后控温缓慢冷却的烧结方式,所得到的氧化锌压敏陶瓷的效果最佳。在以上研究的基础上,研究了 TiO<,2>,LiOH掺杂对氧化锌压敏陶瓷主要电性能的影响规律及作用机制。研究结果表明:掺杂TiO<,2>后氧化锌压敏陶瓷的压敏电位梯度明显降低,压比和漏电流明显升高;当TiO<,2>掺杂量在0.5mol%时,氧化锌压敏陶瓷的压敏电位梯度最小,约为19.2V/mm,比不含TiO<,2>的原始成分的压敏陶瓷的压敏电位梯度降低了约90%。掺杂LiOH后氧化锌压敏陶瓷的压敏电位梯度明显升高,而压比和漏电流迅速降低;LiOH掺杂量在0.4 mol%时可获得性能相当好的高压压敏陶瓷,此时压敏电位梯度达到1098 V/mm、漏电流为32 uA、压比为1.10(非线性系数为30)。此压敏电位梯度超过了国内外报道的数值,达到了国际领先水平。 通过扫描电镜(SEM)和 X 射线衍射仪(XRD)进行显微组织结构分析后发现:掺杂TiO<,2>能促进液相烧结,使晶粒尺寸增大,但掺杂量过多时会产生大量尖晶石相阻碍晶粒进一步长大。掺杂LiOH后导致晶界置换作用比较强烈,代位处形成一个带负电的负电中心,在禁带中引入受主能级,此作用使压敏电位梯度升高。
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