Zn-Bi系壓敏陶瓷因其優(yōu)良的非歐姆電學(xué)特性,普遍應(yīng)用在電子設(shè)備及電力系統(tǒng)等領(lǐng)域,是研究最為廣泛的壓敏陶瓷體系。為滿足現(xiàn)代電子技術(shù)小型化、低壓化、性能優(yōu)異等的發(fā)展要求,疊層片式壓敏陶瓷的設(shè)計研究及實際應(yīng)用受到高度的重視。為實現(xiàn)純銀代替銀鈀為內(nèi)電極共燒,要在保持陶瓷優(yōu)異的壓敏性能降低其燒結(jié)溫度。本論文通過摻雜的方式探索了在低于純銀熔點燒結(jié)溫度下Zn-Bi系壓敏陶瓷的燒結(jié)特性,及摻雜方式對其微觀結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能的影響,并分析了摻雜改性機(jī)理。主要研究內(nèi)容包括:1.研究了ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-Co_2O_3-MnO_2壓敏陶瓷低溫?zé)Y(jié)的物相組成及電學(xué)性能。結(jié)果表明,燒結(jié)溫度為900°C時,陶瓷具有較好的致密性,密度達(dá)到了理論密度的95%以上,并表現(xiàn)出較為優(yōu)異的壓敏性能:α=84.47,E_(1m A)=458.33 V/mm,I_L0.1μA。與此同時,陶瓷晶界受主密度N_s增加到17.53×10~(16) m~(-2),使陶瓷晶界勢壘達(dá)到極值φ_b=5.01 eV。2.研究了Cr_2O_3摻雜對ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-Co_2O_3-MnO_2壓敏陶瓷物相組成、電學(xué)性能及晶界缺陷勢壘的影響。實驗結(jié)果表明,Cr_2O_3的摻雜引起了陶瓷第二相組成的改變,進(jìn)而有效的改善了壓敏陶瓷的非線性性能,并對其壓敏電壓有略微下調(diào)的作用。當(dāng)摻雜量達(dá)到0.5 mol%時,第二相CrBi_(18)O_(30)和Co_2Cr_(0.5)Sb_(0.5)O_4轉(zhuǎn)變?yōu)镸nCr_2O_4,壓敏電壓較其他摻雜組分降低到310.68 V/mm,非線性系數(shù)達(dá)到極值80.71,漏電流小于0.1μA,晶界勢壘高度為3.88 eV。3.選擇SiO_2作為添加劑對ZnO-Bi_2O_3-TiO_2-Co_2O_3-MnO_2壓敏陶瓷進(jìn)行摻雜改性,實驗結(jié)果表明,陶瓷能夠在880℃下燒結(jié)成瓷并具有優(yōu)異的壓敏性能。SiO_2的摻雜抑制了ZnO晶粒的生長,隨著摻雜量的增加,ZnO平均晶粒尺寸由3.67μm逐漸降低到1.92μm,從而導(dǎo)致了壓敏電壓從358.11 V/mm升高到1080 V/mm。另一方面,SiO_2對晶界層內(nèi)的缺陷結(jié)構(gòu)和成分分布有很大的影響,當(dāng)摻雜量為4 wt%時,晶界層受主密度N_s顯著增加,從而獲得較高的晶界勢壘2.90 eV,非線性系數(shù)升高到54.18,漏電流為0.193μA/cm~2。另外,通過阻抗分析發(fā)現(xiàn),SiO_2的摻雜使晶界阻抗逐漸增大,但對晶粒阻抗幾乎沒有影響。4.研究了SiO_2摻雜對ZnO-Bi_2O_3-MnO_2壓敏陶瓷壓敏性能的影響。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),優(yōu)化體系之后,陶瓷仍然能夠在880℃下燒結(jié)成瓷,而且在較低摻雜含量下,壓敏性能得到了極大地改善。當(dāng)摻雜含量為2 wt%時,陶瓷各項性能達(dá)到最佳,非線性系數(shù)為73.68,晶界勢壘高度為4.74 eV,漏電流小于0.1μA。5.研究了預(yù)合成多相體Bi-Co-O的摻雜對ZnO-Bi_2O_3-MnO_2-SiO_2壓敏陶瓷壓敏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),Bi-Co-O能夠改善吸附氧在晶界層內(nèi)的傳輸,從而提高晶界受主缺陷密度,達(dá)到改善壓敏性能的目的。當(dāng)摻雜量達(dá)到8 wt%時,非線性系數(shù)升高到45.97,晶界勢壘達(dá)到1.23 eV,漏電流降低到0.5μA。
【學(xué)位單位】：聊城大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ174.1
【文章目錄】：
摘要
abstract
前言
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 Zn-Bi系壓敏陶瓷的基本理論
    1.3 ZnO壓敏陶瓷的壓敏性能參數(shù)
    1.4 ZnO壓敏陶瓷的研究現(xiàn)狀
    1.5 本課題研究意義及內(nèi)容
第二章 實驗過程
    2.1 原料
    2.2 制備工藝
    2.3 微觀結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能表征
2O₃-Sb₂O₃-Co₂O₃-MnO₂壓敏陶瓷的影響'>第三章 低溫?zé)Y(jié)對高非線性ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃-Co₂O₃-MnO₂壓敏陶瓷的影響
    3.1 引言
    3.2 燒結(jié)溫度對ZBSCM壓敏陶瓷相組成及微觀形貌的影響
    3.3 燒結(jié)溫度對ZBSCM壓敏陶瓷壓敏性能的影響
    3.4 燒結(jié)溫度對ZBSCM壓敏陶瓷電容-電壓（C-V）性能的影響
    3.5 ZBSCM壓敏陶瓷的阻抗性能分析
    3.6 ZBSCM壓敏陶瓷的介電性能分析
    3.7 小結(jié)
2O₃摻雜對ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃-Co₂O₃-MnO₂壓敏陶瓷壓敏性能的影響'>第四章 Cr₂O₃摻雜對ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃-Co₂O₃-MnO₂壓敏陶瓷壓敏性能的影響
    4.1 引言
2O₃摻雜對ZBSCM壓敏陶瓷相組成及微觀形貌的影響'>    4.2 Cr₂O₃摻雜對ZBSCM壓敏陶瓷相組成及微觀形貌的影響
2O₃摻雜對ZBSCM壓敏陶瓷壓敏性能影響'>    4.3 Cr₂O₃摻雜對ZBSCM壓敏陶瓷壓敏性能影響
2O₃摻雜對ZBSCM壓敏陶瓷電容-電壓（C-V）性能的影響'>    4.4 Cr₂O₃摻雜對ZBSCM壓敏陶瓷電容-電壓（C-V）性能的影響
    4.5 小結(jié)
2對ZnO-Bi₂O₃-TiO₂-Co₂O₃-MnO₂壓敏陶瓷的摻雜改性研究'>第五章 SiO₂對ZnO-Bi₂O₃-TiO₂-Co₂O₃-MnO₂壓敏陶瓷的摻雜改性研究
    5.1 引言
2摻雜對ZBTCM壓敏陶瓷相組成及微觀形貌的影響'>    5.2 SiO₂摻雜對ZBTCM壓敏陶瓷相組成及微觀形貌的影響
2摻雜對ZBTCM壓敏陶瓷壓敏及電容-電壓（C-V）性能的影響'>    5.3 SiO₂摻雜對ZBTCM壓敏陶瓷壓敏及電容-電壓（C-V）性能的影響
    5.4 ZBTCM壓敏陶瓷的阻抗性能研究
    5.5 ZBTCM壓敏陶瓷的介電性能研究
    5.6 小結(jié)
2摻雜對ZnO-Bi₂O₃-MnO₂壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響'>第六章 SiO₂摻雜對ZnO-Bi₂O₃-MnO₂壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響
    6.1 引言
2摻雜對ZBM壓敏陶瓷相組成及微觀形貌的影響'>    6.2 SiO₂摻雜對ZBM壓敏陶瓷相組成及微觀形貌的影響
2摻雜對ZBM壓敏陶瓷壓敏性能的影響'>    6.3 SiO₂摻雜對ZBM壓敏陶瓷壓敏性能的影響
2摻雜對ZBM壓敏陶瓷電容-電壓（C-V）性能的影響'>    6.4 SiO₂摻雜對ZBM壓敏陶瓷電容-電壓（C-V）性能的影響
    6.5 ZBM壓敏陶瓷的阻抗性能研究
    6.6 ZBM壓敏陶瓷的介電性能研究
    6.7 小結(jié)
2O₃-MnO₂-SiO₂壓敏陶瓷的影響'>第七章 預(yù)合成相Bi-Co-O摻雜對ZnO-Bi₂O₃-MnO₂-SiO₂壓敏陶瓷的影響
    7.1 引言
    7.2 Bi-Co-O摻雜對ZBMS壓敏陶瓷相組成及微觀形貌的影響
    7.3 Bi-Co-O摻雜對ZBMS壓敏陶瓷壓敏性能的影響
    7.4 Bi-Co-O摻雜對ZBMS壓敏陶瓷電容-電壓（C-V）性能的影響
    7.5 預(yù)合成相摻雜機(jī)理研究
    7.6 小結(jié)
第八章 論文的主要結(jié)論、創(chuàng)新點及進(jìn)一步研究的建議
    8.1 論文的主要結(jié)論
    8.2 論文的創(chuàng)新點
    8.3 進(jìn)一步研究的建議
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文

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本文編號：2890680