高電位梯度氧化鋅壓敏陶瓷的制備、顯微組織結構及電性能研究.pdf

1、本文通過高能球磨法獲得ZnO壓敏納米粉料，細致研究800-1000℃燒結條件下，高能球磨和摻雜稀土氧化物Y2O3、Dy2O3、Er2O3提高電性能的機理，首次在1000℃低溫燒結，制備出電位梯度超過400V/mm、通流能力大于230J/cm3，殘壓比小于1.65的高性能ZnO壓敏陶瓷。 首先研究了燒結溫度及球磨時間對高能球磨壓敏陶瓷的電性能、致密度及顯微組織結構的影響；球磨時間對粉料粒度和結構的影響以及鋼球對粉料的污染程度。研究

2、結果表明，隨燒結溫度提高，壓敏陶瓷電位梯度、非線性系數及致密度逐漸降低降低，而漏電流逐漸升高。富鉍相逐漸蒸發(fā)減少或消失，導致致密度降低，這也是高溫燒結區(qū)間(1100-1300℃)非線性系數陡然降低和漏電流驟然升高的根本原因。高能球磨使晶格發(fā)生嚴重畸變，大半徑離子在ZnO晶粒內固溶量增加，使樣品勢壘高度(ΦB)、施主濃度(Nd)及界面態(tài)密度(Ns)增加，勢壘寬度(ω)降低，因而改善了電性能。隨高能球磨時間延長，效果愈顯著。壓敏陶瓷致密度隨

3、球磨時間的增加而升高，主要是由于高能球磨細化了晶粒尺寸，使晶格畸變能增加，顯著提高了燒結驅動力和燒結動力學因子，縮短了反應擴散距離；燒結出現的液相增加了反應相間的接觸面積，加速了傳質速度，促進了相間反應。高能球磨引起的壓敏陶瓷晶粒細化主要發(fā)生在0-5小時階段且燒結溫度越低，效果越明顯。高能球磨5h后，粉料顆粒尺寸由1.50μm減小到0.42μm并發(fā)生聚集，顯著增強了粉末的燒結性。20h高能球磨后，粉料ZnO平均晶粒尺寸由120nm減少至

4、59nm。高能球磨后，粉料衍射峰明顯寬化，但未發(fā)生相變。在本文試驗條件下，鋼球Fe元素污染對電性能不會造成危害。 為了提高壓敏電位梯度及改善綜合性能，系統(tǒng)地研究了高能球磨并低溫燒結下，摻雜稀土氧化物Y2O3、Dy2O3、Er2O3對ZnO壓敏陶瓷性能的影響機理。 最后研究了綜合性能良好的三種摻雜試樣的通流能力試驗。研究結果表明，添加劑預磨煅燒后再與ZnO共磨，使粉料的顆粒尺寸差距縮小、混料更加均勻。噴霧造粒后的粉粒流動性

5、顯著增強，易成型，避免了粉粒壓成大片時的分層及掉渣現象。采取緩慢升溫、讓揮發(fā)物充分排除的1000℃燒結工藝，保證了通流能力試樣結構均勻、致密。8/20μs、5kA沖擊電流試驗證明：采用高能球磨方法并摻雜Y2O3、Dy2O3、Er2O3的ZnO壓敏陶瓷粉末，經1000℃燒結后，可獲得電位梯度在400V/mm以上，通流能力大于230J/cm3，殘壓比小于1.65的高性能壓敏陶瓷。800-900℃燒結的高能球磨試樣，經8/20μs、5kA雷電