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高电位梯度氧化锌压敏电阻片的研究

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论文说明:LIST OF FIGURES及TABLE、Nomenclature

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Chapter Ⅰ Introduction

1.1 Preface

1.2 Arrestor

1.3 Varistor

1.3.1 Semiconductor ceramics and varistor

1.3.2 Varistor bulk materials

1.4 Zinc oxide

1.4.1 Physical properties of ZnO

1.4.2 Microstructure of ZnO

1.4.3 Energy levels of ZnO

1.4.4 Defects of ZnO

1.4.5 Electric properties of ZnO varistor

Chapter 2 Literature Survey

2.1 Introduction

2.2 Optimization of chemical compositions for ZnO varistor

2.2.1 ZnO-Bi2O3 based system

2.2.2 ZnO-Pr6O11 based system

2.2.3 ZnO-rare earth based system

2.2.4 ZnO-glass system

2.3 Preparation technology

2.4 Conduction mechanism of doped ZnO varistor

2.5 Background and outline of the thesis

2.5.1 Background of the thesis

2.5.2 Outline of the thesis

Chapter 3 Experimental Description

3.1 Raw materials

3.2 Sample preparation

3.2.1 Experimental equipments

3.2.2 Powder preparation

3.2.3 Sample preparation

3.2.4 Sliver electrodes preparation

3.3 Performance measurement

3.3.1 Bulk density and water absorption

3.3.2 Structural analysis

3.3.3 Measurement of electric properties

Chapter 4 Effect of Sintering Process on the Electric Properties of ZnO Varistor

4.1 Introduction

4.2 Experiment

4.3 Results and discussion

4.3.1 Determination of the sintering schedule

4.3.2 The influence of sintering temperature on the electric properties of ZnO varistor

4.3.3 The influence of heating rate on the electric properties of ZnO varistor

4.4 Summary

Chapter 5 The Influence of Various Rare Earth Oxides on the Microstructural and Electrical Characteristics of ZnO- based Varistor

5.1 Introduction

5.2 Experimental

5.3 Results and discussion

5.3.1 Physical and electrical properties

5.3.2 Microstructure analysis

5.3.3 EDX analysis

5.3.4 XRD analysis

5.4 Summary

Chapter 6 ZnO-Y2O3-In2O3 Glass Based Varistor

6.1 Introduction

6.2 Experiment

6.3 Results and discussion

6.3.1 Particle size analysis

6.3.2 Electrical properties

6.3.3 Sintering behaviors

6.3.4 Microstructural analysis

6.3.5 XRD analysis

6.4 Summary

Conclusions

References

Acknowledgments

Appendix

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摘要

Zno是一种具有宽能隙的半导体材料,其非常优异的非线性电流一电压特性被用来制备压敏电阻片,并广泛应用于电子特别是高压电力行业,以保护电气装置免受浪涌冲击。作为避雷器的核心部件,Zno压敏电阻片性能水平的高低直接影响着高压输变电系统的安全性和可靠性。 随着特高压大容量输变电工程的发展,作为雷电和过压保护装置的避雷器的安全性、可靠性和小型化的要求越来越高,Zno避雷器逐渐取代了其它传统避雷器而成为新一代高压浪涌避雷器。为了更好地满足高压电力发展的要求,开发具有高电位梯度和大过流容量的Zno压敏电阻片成为国内外开发氧化锌避雷器的技术关键。虽然对该问题已有大量研究报道,但并没有多少研究成果得到实际应用。为了进一步改善Zno压敏电阻片的电性能并保证其实用性,本文通过烧结工艺和材料组成的优化,系统地研究了各种因素对Zno压敏电阻片显微结构和电性能的影响,探讨了颗粒生长及传导机理,并且采用共烧结法制备了稀土、氧化铟玻璃掺杂Zno压敏电阻片,提高了Zno压敏电阻片的电位梯度和非线性系数。 研究了烧结工艺对Zno压敏电阻片的影响。通过对烧结行为的研究,发现升温速度和烧结温度是影响电阻片显微结构和电性能的两个主要因素。在1030℃下烧成的电阻片具有最好的综合电性能。当升温速率从200℃/h下降到50℃/h时,电阻片的电位梯度逐渐升高同时泄漏电流逐渐减小。该现象表明在Zno压敏电阻片的烧结过程中,需要慢速升温以保证传质彻底而形成理想的微观结构。 研究了不同的稀土氧化物掺杂对Zno压敏电阻片的影响。与掺杂Er2O3的Zno电阻片相比,掺杂了Y2O3的电阻片具有更高的电位梯度和非线性系数。在Y2O3掺杂量为0.2~0.8mol%范围内,随着Y2O3掺杂量的增加,Zno压敏电阻片的电位梯度和非线性系数增大;泄漏电流减小。Y2O3的掺杂量为0.6m01%时,ZnO压敏电阻片的综合电性能最佳。进一步增加Y2O3含量时,Zno压敏电阻片的电位梯度逐渐下降,泄漏电流逐渐增大。 采用共烧结法制备了Zno-Y2FO3-In2O3玻璃电阻片。该种电阻片不仅克服了ZnO-Bi2O3基电阻片中Bi2O3易挥发以及ZnO-Pr6Oll基电阻片中Pr6Oll价格昂贵的缺点,而且避免了制备烧结前驱体的复杂步骤。在1020℃的低温下烧成的znO-Y2O3-In2O3玻璃电阻片具有比其它系统更优异的电性能,添加了SnO2的ZnO-Y2O3-In2o3玻璃电阻片的平均电位梯度达到了552V/mm,非线性系数达到了47。

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