分別摻加Ag2O、B2O3以及B2O3是否預(yù)燒對(duì)ZnO系壓敏電阻性能的影響.pdf

1、　　壓敏電阻具有瞬態(tài)電壓抑制功能,可以防止靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流造成的損壞,應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涵蓋了所有電力設(shè)備及電子設(shè)備。ZnO系壓敏電阻與其它常見(jiàn)壓敏元件相比,在電流-電壓(I-V)非線性、耐浪涌能力及工作電壓范圍等眾多技術(shù)參數(shù)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。日本、俄羅斯、美國(guó)等國(guó)家已經(jīng)具備了生產(chǎn)特高壓ZnO系避雷器和高壓敏電壓梯度閥片的技術(shù)。其中,以日本2011年最新研制的高端產(chǎn)品具有較強(qiáng)的保護(hù)性能。目前先進(jìn)的ZnO系壓敏電阻的核心技術(shù)均被以日

2、本為首的電力工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷。我國(guó)的ZnO系壓敏電阻工業(yè)雖然經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展,但是與國(guó)際先進(jìn)水平還存在著一定的差距。
　　本文分別采用Ag2O及B2O3摻加的方法,同時(shí)輔以先進(jìn)的添加物預(yù)燒工藝,對(duì)高壓直流ZnO系壓敏電阻的綜合性能及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全方位的研究。研究結(jié)果表明：在B2O3摻加量不超過(guò) 0.12wt%的前提下,Ag2O及 B2O3摻加均可提高樣品的相對(duì)理論密度。
　　但是,由于 B 及 Ag 的離子半徑相

3、差較大,因此各自的作用機(jī)理不同,Ag2O及B2O3摻加時(shí)對(duì)于壓敏電阻其它各項(xiàng)電性能的影響不同。在漏電流IL方面,Ag2O的摻加可以降低漏電流IL,而B(niǎo)2O3的摻加則使得漏電流IL增大；在壓敏電壓U1mA方面,Ag2O 的摻加可以使得壓敏電壓 U1mA升高,而 B2O3的摻加則使得壓敏電壓U1mA降低；同時(shí),Ag2O 的摻加可以使得 I-V 非線性系數(shù) α 的數(shù)值降低,而 B2O3的摻加則使得非線性系數(shù)α的數(shù)值升高。
　　Ag2

4、O 及 B2O3摻加對(duì)樣品的作用機(jī)理有著顯著的差異。Ag2O 中 Ag 離子進(jìn)入ZnO 晶粒的晶格中,起到受主作用；同時(shí)作為兩性摻雜物,Ag 離子也可取代部分填隙Zn離子。另外,部分的Ag離子位于晶界中,對(duì)于燒結(jié)過(guò)程中ZnO晶粒的生長(zhǎng)具有一定的抑制作用。作為施主摻雜物,B2O3中 B 離子由于離子半徑較小而以填隙離子的形式擴(kuò)散進(jìn)入ZnO晶粒的晶格中,而且熔點(diǎn)僅為557℃的B2O3在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)熔融,使得晶間液相量增加。不同的作用機(jī)理使得

5、這兩種摻加物對(duì)壓敏電阻樣品的性能產(chǎn)生了不同的影響。
　　Ag2O及B2O3摻加的樣品的微觀結(jié)構(gòu)的不同印證了其作用機(jī)理的不同。根據(jù)電鏡觀測(cè)：摻加Ag2O的樣品中ZnO晶粒體積較小、棱角分明,晶間相分布均勻,掰斷試樣的斷面參差不齊,且有穿晶斷裂現(xiàn)象,表明晶粒間的結(jié)合力較弱,晶間相與晶粒間的結(jié)合力較強(qiáng)；摻加B2O3的樣品中ZnO晶粒體積較大、晶粒邊緣圓潤(rùn),晶間相分布較集中,掰斷試樣的斷面非常平整,表明晶粒間的結(jié)合力較強(qiáng),晶間相與晶粒