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文檔簡介
1、鑒于片式壓敏電阻向低壓化、低溫燒結(jié)及“綠色”制造等方向發(fā)展,本文以低電壓梯度ZnO-Bi2O3-TiO2-Co2O3-MnCO3 (ZBTCM) 壓敏陶瓷為研究對象,探討了該壓敏陶瓷材料體系的摻雜改性和低溫燒結(jié),并利用水基流延工藝制備出了低溫共燒型片式壓敏電阻器。
首先研究了燒結(jié)溫度和升溫速率對ZnO-Bi2O3-TiO2-Co2O3-MnCO3 (ZBTCM) 壓敏陶瓷致密度、物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響。結(jié)果表明:
2、當升溫速率為60℃/h,燒結(jié)溫度為1100℃時,其致密度和綜合電性能最佳:密度ρ=5.42g/cm3、電壓梯度E1mA=35.6V/mm、非線性系數(shù)α=33.3、漏電流密度JL=0.31μA/cm2、8/20μs脈沖電流沖擊后壓敏電壓的變化率△V1mA=15.4%。該材料體系雖然具有低電壓梯度和高非線性特性,但其耐8/20μs脈沖電流沖擊能力較差,而且相對較高的燒結(jié)溫度使其無法實現(xiàn)與Ag電極的疊層共燒。
接下來,探討了過渡
3、金屬氧化物WO3對ZBTCM壓敏陶瓷致密度、物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響規(guī)律。研究表明:當WO3含量x≤0.3mol%時,WO3與Bi2O3反應(yīng)生成Bi2WiO3(1+I) (I=1/7, 2/7)低熔化合物,促進了ZBTCM壓敏陶瓷的燒結(jié),使其致密化溫度下降了100℃,并且增加了界面態(tài)密度和晶界勢壘高度,提高了非線性特性和耐8/20μs脈沖電流沖擊能力。但是,當x>0.3mol%時,片狀低電阻率Bi2WO6相的生成阻礙了ZBTCM
4、壓敏陶瓷的燒結(jié),并且引起晶界勢壘高度急劇降低,非線性特性嚴重惡化。當WO3含量為0.3mol%時,ZBTCM壓敏陶瓷在1000℃燒結(jié)時其綜合電性能最佳:E1mA=54.2V/mm,α=36,JL=0.6μA/cm2,△V1mA=8.9%。
進一步研究了與WO3同族的過渡金屬氧化物Cr2O3對ZBTCM壓敏陶瓷致密度、物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響。Cr2O3溶入ZnO晶粒和Bi2O3晶界相中,促進了ZBTCM壓敏陶瓷的燒
5、結(jié),使其致密化溫度降低至1000℃,同時增加了界面態(tài)密度和晶界勢壘高度。當Cr2O3添加量y=0.3mol%時,其E1mA和α值取得各自最大值90.8V/mm和46。此外,隨著y值的增加,△V1mA值呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢,當y≥0.3mol%時,其△V1mA值降低至10%以下。該結(jié)果表明Cr2O3能夠大幅提高ZBTCM壓敏陶瓷的非線性特性和耐8/20μs脈沖電流沖擊能力,但美中不足的是其電壓梯度也隨之迅速增大。
研究了Z
6、nO-B2O3玻璃對ZBTCM壓敏陶瓷致密度、物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響。結(jié)果表明:ZnO-B2O3玻璃可以促進ZBTCM壓敏陶瓷的燒結(jié),但降溫作用有限,僅使其致密化溫度降低了約50℃。當燒結(jié)溫度T<1050℃時,ZnO-B2O3玻璃摻雜ZBTCM壓敏陶瓷的晶粒生長動力學指數(shù)nZ≈4.54,激活能QZ≈316.5kJ/mol,此時未全部熔化的ZnO-B2O3玻璃析晶相對ZnO顆粒邊界遷移起阻滯作用,阻礙了ZnO晶粒的生長;而當燒結(jié)
7、溫度T≥1050℃時,其動力學指數(shù)nZ≈2.92,激活能QZ≈187 kJ/mol,此時完全熔化的ZnO-B2O3玻璃析晶相提高了液相燒結(jié)作用,促進了ZBTCM壓敏陶瓷的晶粒生長。ZnO-B2O3玻璃析晶相ZnB2O4分布在ZBTCM壓敏陶瓷晶界處形成晶界俘獲態(tài),提高了界面態(tài)密度和晶界勢壘高度。當ZnO-B2O3玻璃含量為0.1wt%時,ZBTCM壓敏陶瓷在1050℃燒結(jié)時其綜合電性能最佳:E1mA=36.7V/mm,α=35.4,JL
8、=0.35μA/cm2,△V1mA=12.1%,該△V1mA值略高于合格標準10%。
研究了Bi2O3-B2O3玻璃對ZBTCM壓敏陶瓷致密度、物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響。與ZnO-B2O3玻璃相比,Bi2O3-B2O3玻璃對ZBTCM壓敏陶瓷促燒作用更明顯,使其致密化溫度降低至900℃。Bi2O3-B2O3玻璃摻雜ZBTCM壓敏陶瓷的晶粒生長動力學指數(shù)和激活能為nB≈2.15、QB≈146.2 kJ/mol,該值明
9、顯降低。Bi2O3-B2O3玻璃析晶相Bi2B4O9分布在ZBTCM壓敏陶瓷晶界處形成晶界俘獲態(tài),增加了界面態(tài)密度,提高了晶界勢壘高度。當Bi2O3-B2O3玻璃含量為2wt%時,ZBTCM壓敏陶瓷在900℃燒結(jié)時其綜合電性能最佳:E1mA=124.9V/mm,α=46.2,JL=0.2μA/cm2,△V1mA=8.3%。
研究了Bi2O3-B2O3玻璃摻雜ZBTCM壓敏陶瓷粉體的水基流延工藝,通過對流延漿料固相含量、粘結(jié)
10、劑、分散劑、增塑劑、表面活性劑及消泡劑的優(yōu)化,成功制備出了厚度為40μm左右且性能良好的水基流延膜。水基流延漿料的最佳配方為:固相含量為50wt%,去離子水含量為41.4wt%,PVA為3wt%,PAA-NH4為0.5wt%,丙三醇含量為2.7wt%,Span-20為1.5wt%,正丁醇為0.9wt%。該水基流延膜在900℃燒結(jié)時,其電性能為:E1mA=112.4V/mm,α=34.6,JL=0.5μA/cm2。
最后研究
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