兩步燒結(jié)氧化鈧摻雜氧化鋅非線性電阻的制備及性能研究

石夢陽,姜 明,徐 東

(安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 安徽 馬鞍山 243002)

0 引言

20世紀(jì)60年代,Matsuoka[1]發(fā)現(xiàn)ZnO非線性電阻具有優(yōu)異的壓敏性能,自此多被應(yīng)用于中壓、高壓的場合,用于抑制浪涌、吸收過壓。通過摻雜各種添加劑,ZnO非線性電阻可以獲得均勻的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的綜合電性能。近年來研究者們逐漸關(guān)注到稀土元素可以提高ZnO非線性電阻的壓敏性能[5-12]。稀土元素部分易在晶界處偏析,阻礙晶粒生長,從而提高ZnO非線性電阻的電位梯度[13-17]。與此同時,摻雜稀土元素的含量必須適當(dāng)。在ZnO非線性電阻中,不同的摻雜劑用不同的摻雜量和不同的摻雜方式可以分為施主摻雜和受主摻雜兩種。實驗表明Sc2O3摻雜屬于施主摻雜,增加了ZnO的晶粒電導(dǎo)率,從而提高了非線性性能。摻雜的稀土元素過多或過少,可能會產(chǎn)生較差的影響,如增加陶瓷燒結(jié)后的孔隙率等。除此之外高能球磨也可改變添加劑的摻雜效果[18-23],可以進一步提高ZnO非線性電阻在摻雜了稀土元素后的壓敏性能。

兩步燒結(jié)[24],通過合理的控制溫度,起到抑制晶粒過度生長同時促進燒結(jié)的目的[25]。相較于傳統(tǒng)燒結(jié),兩步燒結(jié)的方式更有利于提高ZnO非線性電阻的致密度和壓敏性能。2000年,Chen[26]等人率先研究并提出了兩步燒結(jié)Y2O3陶瓷的技術(shù)。他們提出此技術(shù)的理論是由于晶界遷移所需要的活化能不同,晶界遷移影響晶粒的大小,而晶界擴散則影響晶粒的致密情況。在燒結(jié)過程中可以先在較高的溫度下使ZnO非線性電阻生坯達(dá)到一定的致密度,再降到合適的溫度進行保溫,通過低溫時的晶界擴散,使陶瓷體達(dá)到致密,同時提高電性能。……