微量Bi2O3摻雜ZnVSnO基壓敏陶瓷的研究.pdf

1、ZnVO基壓敏陶瓷由于具有卓越的低溫?zé)Y(jié)特性,可在約900℃的低溫下燒結(jié)致密,比傳統(tǒng)ZnO基壓敏陶瓷的燒結(jié)溫度低300℃,因此近幾年受到研究者的普遍重視。ZnVO基壓敏陶瓷存在的最大問(wèn)題是由于富V液相燒結(jié)產(chǎn)生的晶粒異常長(zhǎng)大現(xiàn)象,導(dǎo)致顯微組織不均勻,從而影響各種電性能,尤其是非線(xiàn)性。為此,最近幾年對(duì)ZnVO基壓敏陶瓷的研究主要集中在顯微組織均勻化和非線(xiàn)性的改善兩個(gè)方面。在ZnO基壓敏陶瓷中添加SnO2后在燒結(jié)過(guò)程中可以生成尖晶石相和焦綠石

2、相,在晶粒生長(zhǎng)時(shí)阻礙其異常長(zhǎng)大,最終可以使得顯微組織的均勻性有所改善。Bi2O3是一種很好的非線(xiàn)性形成氧化物,在ZnBiO系、ZnPrO、ZnVO系壓敏陶瓷中摻雜后對(duì)非線(xiàn)性的改善作用明顯,但其在ZnO-V2O5-SnO2(ZnVSnO)基壓敏陶瓷中的作用機(jī)理尚未有人涉足。為此在本課題中,將對(duì)Bi2O3在ZnVSnO基壓敏陶瓷中的作用機(jī)理做詳細(xì)的研究和闡釋。
　　實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)混合氧化物陶瓷制備工藝經(jīng)球磨、造粒、成型、燒結(jié)工序制備了0

3、.01mol％-0.2mol%Bi2O3摻雜的ZnVSnO基壓敏陶瓷。在此基礎(chǔ)上,綜合應(yīng)用電子天平、SEM、XRD和I-V測(cè)試儀等分析測(cè)試手段研究Bi2O3含量及燒結(jié)溫度(775℃-875℃)和保溫時(shí)間(2h-8h)對(duì)其相對(duì)密度、顯微結(jié)構(gòu)和電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:800℃燒結(jié)4小時(shí)后,隨Bi含量升高,所研究ZnVSnO基壓敏陶瓷密度變化不大,相對(duì)密度均超過(guò)了98%;樣品均由ZnO主晶相和少量的Zn2SnO4、Bi2Sn2O7第二相組

4、成,但平均晶粒直徑從2.13μm降到1.54μm,壓敏場(chǎng)強(qiáng)和非線(xiàn)性系數(shù)隨之升高。當(dāng)Bi2O3摻雜量為0.2mol%時(shí)樣品電性能最佳,其壓敏場(chǎng)強(qiáng)、非線(xiàn)性系數(shù)和漏電流密度分別為2842V/mm、51.2和0.0925mA/cm2;另外,Bi含量為0.05mol%的四組樣品隨著燒結(jié)溫度的升高,平均晶粒直徑在逐漸增加,壓敏場(chǎng)強(qiáng)在逐漸降低;再者,Bi含量為0.2mol%,燒結(jié)溫度為800℃的三組樣品,隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),壓敏場(chǎng)強(qiáng)在逐漸增加。在燒結(jié)

5、溫度為800℃,保溫時(shí)間為8h時(shí),壓敏場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到最大值3189V/mm,非線(xiàn)性系數(shù)為70;最后,不同Bi含量ZnVSnO基壓敏陶瓷的晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)指數(shù)n和晶粒生長(zhǎng)激活能Q分別為2.79、2.81、3.17、3.48和187KJ/mol、238KJ/mol、257KJ/mol、280KJ/mol。并且隨著B(niǎo)i含量增加,n值和Q值逐漸變大。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Bi可以很有效地改善ZnVSnO基壓敏陶瓷的電性能,尤其是非線(xiàn)性和壓敏電壓。此外,對(duì)于所