【摘 要】
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ZnO压敏陶瓷因其具有优良的压敏性能,普遍应用于计算机、家用电器、高压电电路、以及大功率型电路设备中,同时,ZnO-Bi_2O_3系压敏陶瓷是压敏陶瓷里研究最为广泛的体系。随着电子-电力产品的集成化、微型化、功能化发展,多层式ZnO压敏陶瓷的制备研究及性能优化越来越受到研究学者的重点关注。为了实现银浆与ZnO压敏陶瓷的共烧及电性能的优化,本论文通过掺杂的方式研究了低温烧结助剂(BST)、添加剂In
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ZnO压敏陶瓷因其具有优良的压敏性能,普遍应用于计算机、家用电器、高压电电路、以及大功率型电路设备中,同时,ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷是压敏陶瓷里研究最为广泛的体系。随着电子-电力产品的集成化、微型化、功能化发展,多层式ZnO压敏陶瓷的制备研究及性能优化越来越受到研究学者的重点关注。为了实现银浆与ZnO压敏陶瓷的共烧及电性能的优化,本论文通过掺杂的方式研究了低温烧结助剂(BST)、添加剂In2O3,Ga2O3,La2O3和Co3O4的掺杂对ZnO-Bi2O3-MnO2-SiO2-TiO2压敏陶瓷相结构、微观结构、致密性和电性能的影响规律,探究了添加剂优化电性能的作用机制,实现了性能优异的ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的低温制备。论文研究获得以下主要结论:1.选择ZnO-Bi2O3-MnO2-SiO2-TiO2五元体系开展压敏陶瓷性能研究,确定Bi2O3.TiO2,和SiO2的摩尔比为6:3:4,实现了ZBMST压敏陶瓷的低温烧结。研究结果表明,在875℃烧结温度条件下,ZBMST压敏陶瓷致密度较高,相对密度97.6%,电压梯度717.1 V/mm,漏电流密度0.38μA/cm2,非线性系数5.5,具有较高的介电常数和较低的能量损耗。2.在ZnO-Bi2O3-MnO2-SiO2-TiO2五元体系中分别掺杂In2O3,Ga2O3和La2O3,研究了添加剂对压敏陶瓷结构与性能的影响,揭示了其改性电性能的作用机制。结果表明,掺杂0.075 mol%的In2O3,In2O3与ZnO发生固溶,且能促进富铋相的分散,掺杂低禁带宽度的In2O3能有效提高非线性系数;其电压梯度为816.6V/mm,漏电流密度为0.35μA/cm2,非线性系数提高至15.7,介电损耗小。La2O3难以与ZnO发生固溶,但La2O3掺杂会促进MnO2、SiO2溶解到富铋相中,细化晶粒尺寸,使非线性系数略有提高。Ga2O3的掺杂能够明显细化ZnO晶粒,但由于其禁带宽度较高,掺杂反而会降低非线性系数。3.通过对ZnO-Bi2O3-MnO2-SiO2-TiO2-Co2O3六元压敏陶瓷结构与性能的研究,实现了压敏陶瓷电性能的优化提高。结果表明:BST掺杂为0.25 mol%时,压敏陶瓷的电性能较好,电压梯度为301.2 V/mm,漏电流0.028μA/cm2,非线性系数为39.8;Co3O4掺量为0.75 mol%时,压敏性能较佳,电压梯度为526.2V/mm,漏电流密度为0.027μA/cm2,非线性系数为43.4,且具有较低的介电常数和较低的能量损耗。
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