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題是由于富V液相燒結(jié)產(chǎn)生的晶粒異常長大現(xiàn)象,導(dǎo)致顯微組織不均勻,從而影響各種電性能,尤其是非線性。為此,最近幾年對ZnVO基壓敏陶瓷的研究主要集中在顯微組織均勻化和非線性的改善兩個方面。在ZnO基壓敏陶瓷中添加SnO2后在燒結(jié)過程中可以生成尖晶石相和焦綠石

2、相,在晶粒生長時阻礙其異常長大,最終可以使得顯微組織的均勻性有所改善。Bi2O3是一種很好的非線性形成氧化物,在ZnBiO系、ZnPrO、ZnVO系壓敏陶瓷中摻雜后對非線性的改善作用明顯,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。
　　實驗采用傳統(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測試儀等分析測試手段研究Bi2O3含量及燒結(jié)溫度(775℃-875℃)和保溫時間(2h-8h)對其相對密度、顯微結(jié)構(gòu)和電性能的影響。實驗結(jié)果表明:800℃燒結(jié)4小時后,隨Bi含量升高,所研究ZnVSnO基壓敏陶瓷密度變化不大,相對密度均超過了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,壓敏場強(qiáng)和非線性系數(shù)隨之升高。當(dāng)Bi2O3摻雜量為0.2mol%時樣品電性能最佳,其壓敏場強(qiáng)、非線性系數(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,隨著保溫時間的延長,壓敏場強(qiáng)在逐漸增加。在燒結(jié)

5、溫度為800℃,保溫時間為8h時,壓敏場強(qiáng)達(dá)到最大值3189V/mm,非線性系數(shù)為70;最后,不同Bi含量ZnVSnO基壓敏陶瓷的晶粒生長動力學(xué)指數(shù)n和晶粒生長激活能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Bi含量增加,n值和Q值逐漸變大。以上實驗結(jié)果表明Bi可以很有效地改善ZnVSnO基壓敏陶瓷的電性能,尤其是非線性和壓敏電壓。此外,對于所