压敏电阻陶瓷材料的研究进展

详细介绍了目前国内外研究最多的低压压敏陶瓷材料(ZnO系、BaTiO3系、TiO2系、WO3系)、电容–压敏陶瓷材料(SrTiO3系、TiO2系)及高压–压敏陶瓷材料(ZnO系、SnO2系)等的基本配方、制备工艺、性能及主要应用等。还讨论了我国在压敏电阻器研究与生产方面所存在的问题及今后的研究方向。     

纳米粉体对TiO2压敏陶瓷晶界势垒结构的影响

采用实验方法研究了纳米粉体对TiO2压敏陶瓷晶界势垒结构的影响.采用扫描电镜测试了样品的显微结构.基于热电子发射理论和样品的电学性能计算了TiO2压敏陶瓷的势垒结构.在室温至320 ℃范围内,测试TiO2压敏陶瓷样品的电阻率ρ.通过样品的lnσ-1/T曲线计算了TiO2压敏陶瓷材料的晶界势垒结构.讨论了显微结构和势垒结构对TiO2压敏陶瓷电学性能的影响.结果表明,合适的纳米TiO2加入量为x=5 mol%.     

钨掺杂对二氧化钛压敏电阻瓷电性能的影响

通过对样品的伏案性质、介电常数以及晶界势垒的测量和分析,研究了WO3对TiO2压敏电阻瓷电性能的影响。研究发现掺入x(WO3)为0.25%的样品表现出最好的压敏性质,其压敏电压为42.5V/mm,非线性系数α达到9.6,以及较高的相对介电常数(εr=7.41×104),是一种具有较好潜力的电容-压敏电阻器。通过不同烧结温度的实验,发现1 350℃是最佳烧结温度。类比ZnO压敏材料的晶界势垒模型,提出了适合TiO2压敏材料的肖特基势垒模型。     

TiO2掺杂导致的SnO2压敏陶瓷晶粒尺寸效应

研究了TiO2掺杂对SnO2-Co2O3-Nb2O5系压敏陶瓷材料电学性能的影响。掺入x(TiO2)为1.00%的陶瓷样品具有最高的密度(r = 6.82 g/cm3),最高的视在势垒电场(EB= 476 V/mm),最高的非线性系数(a = 11.0),最小的相对介电常数。未掺杂的样品阻抗最大。随TiO2掺杂量的增加晶粒逐渐变小,晶粒尺寸的减小归因于未固溶于SnO2晶格而偏析在晶界上的TiO2阻碍相邻SnO2晶粒融合。为了解释SnO2-Co2O3-Nb2O5-TiO2系电学非线性性质的根源,对前人的晶界缺陷势垒模型进行了修正。     

掺Y对二氧化钛低压压敏陶瓷性能的影响

通过对样品密度、介电常数、I-V特性及晶界势垒特性的测定和分析,研究掺Y对(Y,Nb)掺杂的二氧化钛低压压敏-电容性能的影响.掺入x(Y2O3)0.60%的样品显示出最高的非线性常数(α=7.86)以及最高的相对介电常数(εr=8.54×104)和样品密度(可达理论密度的98.8%),与该样品最高且窄的晶界缺陷势垒相一致,是一种较为理想的压敏-电容陶瓷.提出了TiO2@Y2O3@Nb2O5晶界缺陷势垒模型.     

Bi2O3对TiO2系压敏陶瓷性能的影响

采用传统电子陶瓷工艺制作了TiO2系压敏陶瓷。通过测试其I-V特性、复阻抗特性、晶界电阻、晶粒电阻及势垒高度,研究了Bi2O3对TiO2-Bi2O3-Nb2O5-SrO系压敏陶瓷微结构及电性能的影响。结果表明,Bi2O3的适当掺杂范围在0.3%~0.5%(摩尔分数)。其掺杂量的变化,可显著改变TiO2-Bi2O3-Nb2O5-SrO系压敏陶瓷的晶界电阻及势垒高度,进而对压敏陶瓷的电学非线性特性产生影响。当x(Bi2O3)为0.4%时,压敏陶瓷的V1mA与α分别为40V/mm与6.2。     

TiO2系压敏陶瓷施主掺杂研究

研究了Ta2O5和Nb2O5掺杂对TiO2系压敏陶瓷电性能的影响。采用电子陶瓷制备工艺,制备了两组TiO2系压敏陶瓷,借助热电子发射理论,分析了样品的I-V特性及介电频谱特性。结果发现,Ta2O5掺杂的样品具有最低的压敏电压(E10mA=5.03 V.mm–1)和最大的视在介电常数(εra=1.5×105)。     

纳米TiO2添加剂对TiO2压敏陶瓷性能的作用

为了改善TiO2压敏陶瓷材料的电学性能,通过添加少量的纳米TiO2,使其压敏电压有了明显的降低,非线性系数有了明显的提高,并对其原因进行了合理分析.结果表明,随着烧结温度的提高,总趋势是压敏电压下降,非线性系数提高.当添加5%纳米TiO2并在1400℃烧结时,样品显示出较好的压敏特性:VImA=4.66V/mm,α=4.73和εr=1.1 9×104.     

锶受主掺杂对TiO2压敏陶瓷电性能的影响

采用典型的电子陶瓷工艺,制备了不同SrCO3含量掺杂的TiO2压敏陶瓷。通过对试样的压敏特性、电容特性的测试,研究了不同SrCO3含量对TiO2压敏陶瓷电性能的影响。结果表明,随着掺入SrCO3含量的变化,TiO2压敏陶瓷的电性能呈现一定的变化规律。当x(SrCO3)为0.5%时,试样表现出最好的压敏特性:V1mA为7.2 V/mm,α为3.6,εr为8.3×104,tanδ为0.53。     

表面层对TiO2压敏陶瓷电学性能的影响

用电子陶瓷工艺制备了(La,Sr)掺杂的TiO2压敏-电容双功能元件,其压敏电压(V1mA)为8～38V·mm-1,非线性系数为3～5.5,介电常数可达105。样品的压敏电压受表面层影响显著,随着厚度的减少,V1mA从27～38V·mm-1降至8～15V·mm-1,但非线性系数与介电常数受表面层的影响甚小,这主要与烧结后在冷却过程中,空气中的氧在样品表面沿晶界扩散所形成的表面"氧化层"有关。     

La_2O_3掺杂对TiO_2系压敏陶瓷结构和性能的影响

采用传统的固相法制备了La2O3掺杂的TiO2系压敏陶瓷,通过XRD和SEM分析,测试其结构及压敏性能、介电常数和晶界势垒特性。结果表明:La2O3掺杂对所获陶瓷的结构和性能有显著的影响,在1380℃烧结条件下,掺杂x(La2O3)为0.70%的陶瓷表现出优良的综合电性能,其压敏电压为7.6V/mm,非线性系数为5.2,相对介电常数εr为9.96×104,介电损耗tanδ为0.32,这与该陶瓷具有最高的晶界势垒高度相一致。     

氧化物掺杂ZnO-Ba_(0.8)Sr_(0.2)TiO_3复合陶瓷的制备及电性能研究

采用固相法制备了氧化物掺杂ZnO-Ba0.8Sr0.2TiO3复合陶瓷,并利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对其晶相及微观形貌进行了观测;另外,研究了氧化物掺杂对陶瓷介电性能及压敏性能的影响。结果表明,当掺杂摩尔分数为0.50%的Bi2O3和0.50%的Sb2O3时,陶瓷在室温下的εr为36402,tanδ为0.065;在此基础上继续掺入0.25%的MnO和0.35%的Cr2O3,陶瓷的非线性系数α为5.4,漏电流IL为1.5×10–6A/mm2,压敏电压为3.0V。Bi2O3、Sb2O3、MnO和Cr2O3掺杂使ZnO-Ba0.8Sr0.2TiO3复合陶瓷的介电性能和压敏性能同时得到了有效提高。     

SrTiO_3双功能陶瓷中TiO_2掺杂的作用

研究了ＴｉＯ２掺杂对ＳｒＴｉＯ３电容－压敏双功能陶瓷晶粒生长特性和电性能的作用规律。研究结果表明ＴｉＯ２添加量较小时瓷体不能实现半导化。随着ＴｉＯ２添加量的增大,烧结后的表观电阻率减小,压敏电压和非线性指数减小,表观介电常数增大。ＳＥＭ观察发现ＴｉＯ２添加量较小时晶粒内部出现裂痕,较多的ＴｉＯ２添加量利于晶粒的长大。     

TiO_2基压敏陶瓷的研究进展

TiO2基压敏陶瓷的非线性伏安特性和介电性能优良,具有吸收高频噪声和过电压保护的功能。综述了此陶瓷的制备工艺、烧结制度、施主、受主掺杂和烧结助剂等对TiO2基压敏陶瓷电性能的影响之研究现状,并阐述了TiO2基压敏陶瓷未来的研究方向。     

Zr掺杂的SnO_2瓷的压敏和介电性质

目前电子陶瓷工艺普遍采用ZrO2球作为磨介。为了弄清ZrO2球磨损对压敏瓷性能的作用,系统研究了ZrO2对(Co,Nb)掺杂SnO2瓷的压敏和介电性质的影响。当ZrO2的含量(摩尔分数)从0.00增加到1.00%时,(Co,Nb)掺杂的SnO2压敏电阻的击穿电压从345 V/mm增大到485 V/mm,1 kHz时的相对介电常数从1 590减小到1 120。晶界势垒高度测量表明:在实验范围内,Zr的含量对势垒高度的影响较小。SnO2的晶粒尺寸的迅速减小是击穿电压增高和介电常数迅速减小的主要原因。对Zr掺杂量增加引起SnO2晶粒减小的根源进行了解释。