氧化鋅復(fù)合導(dǎo)電陶瓷的制備與性能表征.pdf

1、氧化鋅復(fù)合導(dǎo)電陶瓷是一類(lèi)在電力電子工業(yè)具有廣泛應(yīng)用前景的功能材料。長(zhǎng)期以來(lái)，由于制備工藝和理論研究的不足，嚴(yán)重制約了這類(lèi)材料的工業(yè)化生產(chǎn)。本文以ZnO-ZnAl2O4-MgO為基礎(chǔ)體系，深入探討了基體組成以及燒結(jié)溫度對(duì)于其顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響規(guī)律，成功制備出了一類(lèi)可用于高頻電場(chǎng)、綜合性能較優(yōu)的新型氧化鋅復(fù)合導(dǎo)電陶瓷。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴探討了基體組成對(duì)于氧化鋅復(fù)合導(dǎo)電陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)MgO

2、的含量為5.00 mol％、燒結(jié)溫度為1320℃時(shí)，通過(guò)改變 ZnAl2O4的含量，可以制備出臨界頻率高于0.67 M Hz、非線(xiàn)性系數(shù)在0.99～1.23范圍內(nèi)、電阻率在11.60～123.48Ω·cm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的氧化鋅復(fù)合導(dǎo)電陶瓷。考慮到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中 Zr4+可能被引入基體，在性能較優(yōu)的三元基礎(chǔ)體系中研究了 ZrO2摻雜的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：摻雜少量的 ZrO2有利于微觀形貌和電學(xué)性能的優(yōu)化。當(dāng) ZrO2含量為0.30mol%

3、、燒結(jié)溫度為1320℃時(shí)，試樣的電阻率為19.59Ω·cm、非線(xiàn)性系數(shù)為1.01、阻溫系數(shù)為-2.60×10-3/℃、臨界頻率為1.20 M Hz。⑵在性能較優(yōu)的基礎(chǔ)體系中引入 NiO相進(jìn)行改性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：NiO的添加可以降低燒成溫度，顯著改善試樣的致密性。當(dāng) NiO含量為7.00 mol%、燒結(jié)溫度為1280℃時(shí)，可以獲得性能較優(yōu)的四元體系氧化鋅復(fù)合導(dǎo)電陶瓷，其電阻率為15.13Ω·cm、非線(xiàn)性系數(shù)為1.05、阻溫系數(shù)為-1.79×1

4、0-3/、℃臨界頻率為1.25 M Hz。此外，Ni2+在 ZnO晶格中的固溶可以降低燒結(jié)過(guò)程中坯體內(nèi)的溫度梯度，從而顯著地降低了試樣對(duì)燒結(jié)溫度的敏感性。⑶選擇1280℃～1400℃的溫度區(qū)間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：燒結(jié)溫度對(duì)于氧化鋅復(fù)合導(dǎo)電陶瓷的電學(xué)性能產(chǎn)生了顯著影響。溫度升高可以促進(jìn)致密化過(guò)程、引起晶粒和晶界電阻率的顯著降低。與此同時(shí)，溫度升高可以削弱界面效應(yīng)，引起非線(xiàn)性系數(shù)的降低和臨界頻率的提高。但是過(guò)高的燒結(jié)溫度溫度可能會(huì)破壞試樣顯微結(jié)構(gòu)的