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。     

坯体成型密度对ZnO压敏陶瓷致密化和晶粒生长过程的影响

研究了ＺｎＯ压敏陶瓷坯体成型密度对烧成瓷体的致密化和晶粒生长的影响。依据扫描电镜观察分析了晶粒大小、分布情况并测量了瓷体密度。着重指出：控制好晶粒大小、分布和瓷体密度可以改善瓷体电性能；提高坯体成型密度不仅加速了瓷体的致密化，而且能降低晶粒起始生长温度，增大晶粒生长速率，促进晶粒长大。     

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。     

烧结温度和热处理对ZnO压敏陶瓷的影响

首次提出用"微观网络"的分析方法来研究ZnO压敏陶瓷的相结构和电性能,并对其"微观网络"中的两个节点即烧结温度和热处理温度进行研究,结果显示:随着烧结温度的升高,ZnO压敏陶瓷的压敏电压不断下降,非线性系数则不断提高,至1250℃达到最大值。这主要与晶粒的大小、均匀度以及晶界势垒的高度有关。对于热处理温度,研究结果表明:在600℃下的热处理能大大提高ZnO压敏陶瓷的稳定性。通过对"微观网络"中烧结温度和热处理温度的研究,可以确定较佳的工艺参数。     

浅析ZnO压敏陶瓷中的气孔产生与预防

根据ZnO压敏陶瓷在2 ms方波冲击中出现的本体击穿现象,分析了不同组分、不同有机添加剂、排胶、预烧和烧结工艺对ZnO压敏陶瓷内部结构的影响.得出:不同的组分应采用相匹配的有机体系;有机添加剂应使造粒后的颗粒具有高的堆积密度和适当的破碎强度,以减少成型坯体的原始气孔;应有合理的预烧和烧结工艺来避免空气夹层.     

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压敏陶瓷制造用有机原材料的选择及优化应用

根据不同有机原料的理化性能、主要用途,并结合实际生产应用认为,合理选择有机原料及使用量,对制备ZnO与添加剂料浆成分的均匀性,喷雾造粒粉料的物理性状及坯体成型的均一性都有较大的影响,从而影响耐受冲击能量及其稳定性。得出:结合剂一般选用高醇解度的聚乙烯醇(PVA),加入量以0.5%～0.8%为宜,且尽可能减少PVA的添加量;分散剂应选择具有润滑性的分散剂,这对制造较大直径的电阻片是很有利的;消泡剂应选择易于在溶液表面铺展的消泡剂,如磷酸三丁酯;纯水电阻率不应小于1 MΩ·cm(25℃)。     

ZnO压敏陶瓷制造用有机原材料的选择及优化应用(续)

<正>(接《电瓷避雷器》2007年第3期第46页)2分散剂分散剂是一种表面活性剂,为了便于理解分散剂的作用原理,首先介绍有关表面活性剂的理化性能,然后介绍适合于氧化锌浆料制备的表面活性剂,包括分散剂、消泡剂等。     

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。     

氧化锌压敏电阻老化分析

摘要：限压型电涌保护器（SPD）的老化问题,经分析是由于ZnO压敏电阻内部的离子迁移导致肖特基势垒的畸变,从而引起泄漏电流与压敏电压增加等。通过对几组ZnO压敏电阻在老化环境下的试验,分析老化前后压敏电阻性能参数的变化,得到如下结论：交流老化过程中,压敏电压和漏流存在一定的逆老化现象．但压敏电压和漏流随老化呈增长趋势;（爹交流老化时,压敏电阻温度的升高与加热时间、施加电流以及老化程度有关,伏安特性曲线发生对称漂移;（萤交流老化之后,压敏电阻内阻的变化不大．且局部有降低的趋势,分布电容、阻抗和非线性系数的变化较小。     

Cu元素对氧化锌压敏电阻性能的影响

通过添加Cu(NO3)2溶液的方式,在中压压敏电阻基础料中引入杂质元素Cu,测试其电性能并分析影响机理。得出:Cu元素在压敏电阻中无论哪种固溶形式,都是以受主态方式对压敏电阻的性能产生影响;随着Cu掺入量的增加,施主浓度Nd减小,但同时也引起晶界界面电子态密度Ns的减少,补偿了施主浓度的减少,从而使φB减少,非线性系数减小;随着Cu掺入量的增加,晶粒电阻增大,晶界电阻减小,使电压梯度上升,漏电流几乎不变,电容增大,残压比增大,通流能力和耗散能量能力变差;对比基料来讲,添加Cu元素之后漏电流是下降的;建议在生产过程中,Cu掺入量(质量分数)最好不要超过8×10-6,最大不要超过20×10-6。     

磨片与热处理工艺次序对氧化锌电阻片性能的影响

通过先磨片后热处理及先热处理后磨片两种不同工艺次序生产氧化锌电阻片性能的对比 ,发现采用先磨片后热处理的工艺次序对氧化锌电阻片的性能有一定的提高 ;并根据 X衍射试验结果进行了分析、论证