SnO2压敏电阻的制备及其性能的研究

摘要

SnO2压敏陶瓷是上世纪90年代发展起来的一种新型压敏陶瓷材料。跟多相的ZnO压敏陶瓷相比，SnO2压敏陶瓷具有相对单一的晶相结构，理论上应具有较大的通流面积。而其热导率大、耐高温等优点使得在承受过大脉冲电流而失效时不会像ZnO压敏元件那样发生爆炸或穿孔破坏。此外，SnO2压敏陶瓷还具有较小的晶粒尺寸，这也是其具有较高电位梯度的原因之一。但就目前来说，SnO2压敏陶瓷的电学性能与ZnO压敏陶瓷相比还有一定差距，仍处于从研发到生产的过度阶段，因此有待于进一步的改善。本文主要是在前人的研究基础上选取报道中较好的体系作为基础体系，对制备工艺进行了改进，并详细探讨了不同氧化物掺杂对SnO2压敏电阻陶瓷的微观结构以及电学性能的影响。
　　首先本文对其基础体系SnO2-Co2O3-Nb2O5-Cr2O3进行了探索研究，详细分析了基础体系中Cr2O3的含量对SnO2压敏电阻的影响，确定了Cr2O3的较优含量为0.05mol％，得到基础体系的较优配方:99.15mol％SnO2+0.75mol％Co2O3+0.05mol％Nb2O5+0.05mol％Cr2O3。并对SnO2压敏电阻的制备工艺进行了改善，通过对造粒工艺以及成型工艺的探讨，确定了粘结剂PVA的较优含量为0.8wt％，以及较优成型压力为2.5MPa。研究发现，Cr的掺杂能够极大的提高SnO2压敏电阻陶瓷的非线性性能，不同烧结温度下所得SnO2压敏电阻陶瓷样品的电学性能也有很大差别，当烧结温度为1300℃且Cr2O3含量为0.05mol％时，所得的致密度达到理论密度的94.8％，其非线性系数最高达到27，提高了3倍，漏电流密度也降到了9μA/cm2。
　　其次在基础体系的基础上添加不同氧化物。通过添加不同比例的CuO，控制烧结温度，研究了CuO对SnO2压敏电阻陶瓷的微观结构和电学性能的影响。研究表明，CuO的添加促进了SnO2晶粒的增长降低了SnO2压敏电阻的压敏电压。在烧结温度为1300℃下，CuO含量为0.2mol％时非线性系数的值最大为31，此时漏电流最小为2μA/cm2。此外，通过相同的研究方法研究了MgO的添加对SnO2压敏电阻陶瓷的微观结构和电学性能的影响。研究发现MgO的添加对SnO2压敏电阻的非线性系数的影响不显著。但是对SnO2晶粒尺寸的影响较大，随着MgO的添加量提高2.0％mol时，样品的压敏电压从174V/mm增至531V/mm。在烧结温度为1350℃下，所得样品的最高非线性系数为28，漏电流密度最小为7μA/cm2。其综合性能没有添加CuO的SnO2压敏电阻的综合性能好。这是因为CuO的添加形成液相烧结，能够很好的促进各添加剂在SnO2种的均匀分布，提高生成的有效晶界数量。
　　文中还在肖特基势垒模型的基础上对SnO2压敏电阻的导电理论模型加以分析。通过对SnO2压敏电阻非线性起关键作用的势垒分析，指出Cr、Cu、Mg的掺杂对势垒的贡献。

目录

摘要

1 绪论

1．1 SnO2压敏电阻陶瓷的研究背景及应用

1．1．1 SnO2压敏电阻陶瓷的研究背景

1．1．2 SnO2压敏电阻陶瓷的应用

1．2 SnO2压敏电阻陶瓷简介

1．2．1 压敏电阻的电学特性和相关参数

1．2．2 SnO2的晶体结构和物理性质

1．2．3 SnO2压敏电阻陶瓷的掺杂

1．2．4 SnO2压敏电阻陶瓷的合成工艺条件

1．2．5 SnO2压敏电阻陶瓷的势垒模型和导电机理

1．3 SnO2压敏电阻陶瓷的研究进展及选题的目的和意义

1．3．1 SnO2压敏电阻陶瓷的研究进展

1．3．2 论文选题的目的和意义

2 实验方案的设计

2．1 实验原料及实验设备

2．2 实验设计

2．3 实验测试方法及表征

3 Cr2O3添加剂对SnO2压敏电阻的微观结构和电学性能的影响

3．1 前言

3．2 实验过程及测试方法

3．3 实验结果与分析

3．4 本章小结

4 CuO添加剂对SnO2压敏电阻的微观结构和电学性能的影响

4．1 前言

4．2 实验过程及测试方法

4．3 实验结果与分析

4．4 本章小结

5 MgO添加剂对SnO2压敏电阻的微观结构和电学性能的影响

5．1 前言

5．2 实验过程及测试方法

5．3 实验结果与分析

5．4 本章小结

6 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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