稀土氧化物掺杂ZnO-Bi_2O_3系压敏陶瓷的介电特性

在不同温度下测量了稀土氧化物Gd2O3、Ce2O3掺杂ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的介电频谱,发现稀土氧化物的掺杂引起介电损耗显著增大。通过理论计算发现稀土氧化物掺杂后锌填隙和氧空位浓度显著增大,而耗尽层宽度明显减小。因此认为稀土氧化物引起施主性本征缺陷浓度的增大,导致Schottky势垒变薄,从而引起泄露电流的增大及非线性指数的下降。     

稀土氧化物对ZnO-Bi_2O_3系压敏陶瓷晶粒分布及电气性能的影响

研究了稀土氧化物Ce2O3、Gd2O3、La2O3、Y2O3对ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷晶粒尺寸和电气性能的影响,结果表明,稀土氧化物可有效地抑制ZnO晶粒的生长,掺杂Ce2O3、Gd2O3、La2O3、Y2O3后,晶粒的主要分布分别为0～18μm、0～14μm、0～11μm、0～16μm;平均晶粒尺寸下降,其中掺杂Gd2O3后晶粒尺寸最小,为6.2μm。ZnO晶粒分布的标准方差明显下降,改善了晶粒尺寸分布的均匀性。掺杂稀土氧化物后,电位梯度显著提高,E1mA达到了427.5V/mm,改善了ZnO压敏陶瓷的电气性能。     

热处理对稀土氧化物掺杂ZanO-Bi_2O_3系压敏陶瓷电气性能的影响

掺杂稀土氧化物的大尺寸ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷具有明显的"软心"特征,即电位梯度随试样尺寸的增大而下降,表层电位梯度高于内部。经高温热处理后,"软心"现象得到明显的改善,平均电位梯度提高到360V/mm。结合XRD、XPS和EDS的分析结果,发现热处理后Bi2O3相和CeO2相明显析出,试样内部的O浓度提高,添加剂沿轴向的分布趋于均匀。     

ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷晶界对残压的影响

ZnO压敏陶瓷残压的高低决定了MOA的保护水平,针对残压的形成机制尚不清楚,测量了传统工艺制备的ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的小电流区、大电流区及部分中电流区的伏安特性,通过对中电流区和大电流区伏安特性的数据拟合发现,中电流区晶界电压降与电流密度之间符合隧道电流导电机制,且当进入大电流区时该晶界击穿电压最终达到一稳定值。计算表明,晶界击穿电压所引起的残压占总残压的90%左右,因此降低残压应主要考虑降低晶界上的击穿电压。     

热处理对稀土氧化物掺杂ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷电气性能的影响

掺杂稀土氧化物的大尺寸ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷具有明显的“软心”特征，即电位梯度随试样尺寸的增大而下降，表层电位梯度高于内部。经高温热处理后，“软心”现象得到明显的改善，平均电位梯度提高到360V／mm。结合XRD、XPS和EDS的分析结果，发现热处理后Bi2O3相和CeO2相明显析出，试样内部的。浓度提高，添加剂沿轴向的分布趋于均匀。     

掺杂纳米级Bi_2O_3对ZnO压敏陶瓷性能的影响

从样品制备,烧结过程,纳米级Bi2O3添加量及电性能测试等方面介绍了掺杂纳米级Bi2O3对生产高热容量、大通流能量ZnO压敏电阻片性能的影响。试验结果表明:采用纳米级Bi2O3(x(Bi2O3)≥0.61%)代替普通Bi2O3,提高了老化及工频耐受性能,使烧成温度降低到1075℃,同时还降低了生产成本;并使电阻片的其它电气性能有所提高或保持原有的水平。     

稀土氧化物掺杂对ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷导电过程的影响

掺杂稀土氧化物可改变ZnO晶粒的尺寸,从而改变了等效偏析层的厚度,并分析了偏析层在导电过程中的作用。发现未掺杂试样的导电过程由晶界偏析层控制,而稀土氧化物Ce2O3、Y2O3掺杂后,由于晶粒尺寸的下降,试样的导电过程转变为界面态能级控制。因此对于多掺杂体系或小晶粒体系,应考虑偏析层对压敏陶瓷宏观的电气性能的影响。     

ZnO压敏陶瓷晶界势垒高度和宽度的研究

通过测量商用ZnO压敏陶瓷材料的泄漏电流I与绝对温度T,并利用场助热激发电流的表达式计算了势垒高度(活化能),发现它低于平衡状态时的势垒高度。在深入分析在电场作用下晶界区域中电子传导过程的基础上,认为这是在电导过程中通过正偏势垒向晶界界面层中注入了大量电子,这些电子不仅填充了在平衡状态下尚未填充的电子陷阱(即表面态),而且还会在界面层形成自由电子空间电荷,这些自由电子在越过反偏Schottky势垒时需要克服的就不是平衡状态时的势垒高度,显然应低于平衡状态时的势垒高度,即导带底EC的最高点与费米能级Ef的差值(通常势垒高度的定义)。另外,根据场助热激发电流的表达式,提出了新的Schottky势垒宽度的计算公式,不仅求得了高场强和低场强时的势垒宽度,而且得到了势垒宽度随温度的变化规律,发现了在320K～350K温度范围内势垒宽度下降速度最快,结合介电温谱测量,证实了在此温度区间势垒宽度的快速下降是松弛过程引起的。     

ZnO陶瓷的压敏效应及其起源

总结了ZnO陶瓷压敏效应的特点,归纳了ZnO压敏陶瓷导电机理与显微结构之间的内在关系,分析了关于Schottky势垒起源的各种物理模型与化学模型的优缺点,提出ZnO陶瓷优异的非线性I-V特性起源于ZnO本征点缺陷结构与外部的氧环境。     

ZnO压敏陶瓷势垒高度的测量及其应用

系统分析了势垒高度测量的两种常用方法(I-T特性方法和C-V特性方法)成立的条件,发现直接采用lnj～1/T曲线的基本I-T特性方法适用于流过ZnO压敏陶瓷的电流较小,导电机制为热发射电流的情况,且只能得到等效势垒高度,其最大误差为12%～20%。要使测量误差在10%以内,则外施电压的荷电率不应超过0.4～0.6。改进后的I-T特性方法可测量零偏置电压下的势垒高度准0;C-V特性方法仅适用于偏析层厚度可忽略的情况,否则测量值明显偏大;实际上将两种方法相结合,不但能得到较精确的势垒高度准0,还能获得偏析层的厚度。     

微量掺铝工艺对氧化锌压敏特性的影响

研究了 Al2 O3预掺入氧化锌半导体材料中对压敏特性的影响 ,阐述了Al3+进入氧化锌晶格中引起其电性能的变化。说明 Al2 O3的掺入对氧化锌非线性电阻片是不可缺少的 ,并在理论上做了简要分析。     

掺杂Y2O3对ZnO-Bi2O3系压敏电阻片性能的影响

掺杂Y2O3可显著提高ZnO-Bi2O3系压敏电阻的电位梯度、能量吸收能力等电气性能,但会引起泄漏电流的增加。研究了不同烧成温度下,掺杂0～1.7%(摩尔分数)Y2O3对ZnO-Bi2O3压敏电阻片电气性能的影响。结果表明,在1140℃下,掺杂0.68%(摩尔分数)Y2O3,可获得具有300V/mm的电位梯度和370J/cm3能量吸收能力的高性能电阻片。此外,以FSM为主成分的“F”无机高阻层适宜于高梯度压敏电阻片的侧面绝缘,加速老化系数KCT小于1。     

钇掺杂对ZnO电阻片微观结构和电性能的影响

研究了在ZnO-Bi2O3-Sb2O3系ZnO电阻片中添加少量硼酸和掺杂0.2%～0.8%(摩尔分数)的氧化钇(Y2O3),其显微结构和电性能的变化情况。结果表明,随Y2O3掺杂量的增加,ZnO压敏电阻片的电位梯度从210V/mm提高到422.5V/mm;当掺杂量为0.6%(摩尔分数)时,电性能达到最佳,即残压比最小,为1.12;漏电流最小,为353.0μA。掺杂Y2O3使ZnO晶粒周围除了形成Zn7Sb2O12尖晶石外,还形成了具有细微颗粒的含钇相(Zn-Sb-Y-O)和含铋相(Bi-Sb-O),尖晶石相、含钇相和含铋相的同时存在更加有效地抑制了ZnO晶粒的长大。添加硼酸和增加含钇相在很大程度上改善了ZnO电阻片的电性能。     

电子系统中感应雷的防护

介绍了电子设备、精密仪器可能遭受感应雷击的几种形式。提出了把屏蔽线两端接地或把屏蔽线一端接地,金属包层两端接地的方法对系统防雷很有效果,但根本解决轩的办法是使用信号防雷器。     

掺杂氧化钇的ZnO电阻片电性能和微观结构特征

研究了掺杂氧化钇对D5ZnO电阻片的电位梯度、方波容量和压比(U5kA/U1mA)的影响,结果表明,随着氧化钇含量的增加,电位梯度持续增加,最高达到367V/mm。当氧化钇含量在0.3%～0.7%时,压比和方波容量性能最好,分别为1.65和246J/cm3。从微观分析结果,可以看出,上述电性能特征在微观层次上的产生根源是含钇晶间相的总量和分布的变化。通过能谱分析和X射线衍射分析,确定了含钇晶间相的成分范围:Y为10%～50%;Bi、Sb都为15%～25%,主晶相化学组成为Y1.5Sb0.5O3.5。     

提高ZnO电阻片电性能的研究

ZnO电阻片电气性能的提高对金属氧化物避雷器的运行可靠性起着重要的作用。采用振动磨加搅拌球磨及行星高能球磨工艺后,ZnO电阻片的烧成体积密度提高了0.97%,梯度提高了约30V/mm,U5kV/U1mA降低了0.1左右,600A/2ms方波全部通过。采用药膜04作为粘结剂,优化了成型粒料匹配,流动性提高了39s,坯体的微观结构均匀,ZnO电阻片方波通过率有所提高。应用纳米材料于有机绝缘层中,D5ZnO电阻片的筛选合格率从92.3%提高到98.5%,D6ZnO电阻片的筛选合格率从91.2%提高到98.3%,D7ZnO电阻片的筛选合格率从90.1%提高到97.8%。4/10大电流耐受能力也明显提高,!30ZnO电阻片4/10大电流耐受能力达65kA。