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1、ZnO壓敏陶瓷的研究進摘要:ZnO壓敏陶瓷是眾多壓敏陶瓷中性能最優(yōu)異的一種,它是以ZnO為主原料,通過摻雜Bi2O3、TiO2、Co2O3、MnO2、Cr2O3和Nb2O5等氧化物改性燒結(jié)而成。木文通過介紹ZnO粉體的合成方法、摻雜改性等方面入手,對ZnO壓敏陶瓷的發(fā)展趨勢進行探討,并針對某些共性問題提出自己的一些看法。關(guān)鍵詞:ZnO壓敏陶瓷;摻雜;制備;發(fā)展趨勢ThedevelopmenttrendsofZnOvaristorceramicAbstract:TheZnOvaristorceramicisoneofthevaristorceramic
2、swhichwithbestproperties.ThemainrawmaterialisZnO,thenmixedwithsomeoxides,suchasBiaCb、TiCh、CO2O3、MnCh、Cr2C)3、NbaO.sandsoon,tochangeit’spropertiesandsinterit.ThistextbrieflydescribedthemethodsofproducingZnOpowderandmixingsomethingtochangethepropertiesofit.Presentsituationindevelo
3、pmentofvaristorceramicaswellasitsdevelopingtendencywasalsoanalyzed.Somesuggestionsandopinionswereproposedforproblemsoncommoncharacteristics.Keywords:ZnOvaristorceramic;mixed;produce;developingtendency1.前言ZnO壓敏陶瓷是一種多功能新型陶瓷材料,它是以ZnO主為體,添加若干其他改性金屬氧化物的燒結(jié)體材料。它顯示出優(yōu)良的伏安特性,具有非線性系數(shù)大,耐大電
4、流沖擊,抗浪涌能力強等特點,能起到過壓保護、抗雷擊、抵制瞬間脈沖的作用,成為應用最廣泛的壓敏變阻器材料m。ZnO壓敏電阻器按其外形和結(jié)構(gòu)的特征可分為
5、21:單層結(jié)構(gòu)壓敏電阻器、多層結(jié)構(gòu)壓敏電阻器和避雷器用壓敏電阻片(或閥片)。ZnO壓敏材料表現(xiàn)為由晶界阻抗所確定的具有高阻值的線性電阻性質(zhì),一旦電壓超過就成為導體,表現(xiàn)為由晶粒和晶界共同確定的具有低阻值的非線性電阻性質(zhì),非線性系數(shù)a愈大,則保護性能愈好,對穩(wěn)壓元件來說,則電壓穩(wěn)定度起高。ZnO壓敏陶瓷是最為常見的壓敏陶瓷,主要應用于航空、航天、郵電、鐵路、汽車和家用電器等領(lǐng)域。隨著集成電路的快速發(fā)展,各
6、種電子元器件的驅(qū)動電壓及耐壓值逐漸下降,由于ZnO壓敏陶瓷電壓較高和介電常數(shù)較低,限制了其在低壓微電子領(lǐng)域的砬用。近年來,低壓壓敏電阻材料的發(fā)展受到了廣泛的關(guān)注[1.摻雜對ZnO壓敏陶瓷的影響ZnO壓敏陶瓷是以ZnO為主原料,通過摻入多種氧化物,如Bi2O3、TiO2、Co2O3>MnO2、Cr2O3和Nb2O5等進行改性而得到的燒結(jié)體。因此,摻雜元素的種類不同,對ZnO壓敏陶瓷的電學性能的影響也不同。根據(jù)添加劑的作用機理,可分為三類[4]:(1)、促進ZnO壓敏陶瓷形成晶界結(jié)構(gòu)。如Bi2O3、BaO、SrO、PbO、Pr2O3等,它們的主要作用是
7、促進液相燒結(jié),形成陷阱和表面態(tài)。該類添加劑具有大的離子半徑,燒結(jié)時存在晶界偏析,從而形成一個高缺陷濃度的薄層,在界面處形成勢壘,使制品呈非線性。(2)、改善ZnO壓敏陶瓷電學性能的非線性特性。如Co2O3、MnO2、A12O3、Ga2O3等,它們的一部分作為施主雜質(zhì)固溶于ZnO內(nèi),提供載流子,其余部分則在晶界處形成陷阱和受主態(tài),提高勢壘高度。例如,于宙[51等人采用共沉淀方法制備了名義組分為Zn,.x,Mnx0(x=0.001,0.005,0.007,0.01)Mn摻雜的ZnO基稀磁半導體材料,并研宄了在大氣氣氛下經(jīng)過不同溫度退火后樣品的結(jié)構(gòu)和磁性的
8、變化,結(jié)果表明:樣品在600°C的大氣條件下退火后,仍為單一的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO顆粒材料;當樣品經(jīng)過800°C退火后,Mn摻雜量為0.007,0.01的樣品中除了ZnO纖鋅礦結(jié)構(gòu)外還觀察到211厘1103第二相的存在。磁性測量表明,大氣條件下600°C退火后的樣品,呈現(xiàn)出室溫鐵磁性;而800°C退火后的樣品,其室溫鐵磁性顯著減弱,并表現(xiàn)為明顯的順磁性,結(jié)合對樣品的光致發(fā)光譜的分析,認為合成樣品的室溫鐵磁性是由于Mn離子對ZnO中的Zn離子的替代形成的。(3)、提高可靠性。如Sb2O3、Ce2O3、SiO2等,它們的主要作用是提高壓敏陶瓷對電壓負荷
9、和環(huán)境的影響的穩(wěn)定性。總之,壓敏陶瓷的電氣性能主要取決于添加劑的種類及其在晶界處的分布特性。例如,成鵬飛l6