化学共沉淀法制备ZnO压敏电阻器及其性能研究

摘要

本论文首先对 ZnO压敏电阻器的发展情况、应用范围及性能要求进行介绍，确定了提高元件压敏电压梯度和通流能力的研究目的。由国内外研究现状可知，通过对实验配方中添加剂粉料的制备工艺进行改进，可使 ZnO压敏电阻元件的电性能得到提升。从而确定本课题主要研究内容：通过改进 ZnO压敏电阻元件添加剂的制备工艺，来解决高压型压敏电阻元件通流能力有待提高的问题。具体实验方法是以现有制备高压型ZnO压敏电阻元件的配方为基础，通过化学共沉淀法制备复合纳米添加剂，分析复合纳米添加剂对元件微观方面的改善作用，进一步分析对压敏电阻器的各项电性能的影响。
　　本文用化学共沉淀法制备Co、Mn、Bi三元系和Co、Mn、Bi、Ni、Sn五元系复合添加剂，并对实验过程的滴定环境和预烧温度进行优化。对在不同滴定环境下得到的三元系和五元系复合添加剂进行XRF分析，可知pH＝10.00的滴定条件下，复合添加剂粉料的组分含量与标准实验配方最接近。对三元系和五元系粉料（pH＝10.00）进行 XRD衍射分析，三元系可以看到 Bi2O3、Co3O4、Mn2O3的衍射峰，Bi2O3的衍射峰最明显；五元系只能看到 Bi2O3的衍射峰。将1g的三元系和五元系复合添加剂粉料（pH＝10.00）在730℃、760℃、800℃时重新预烧，可得其质量随温度升高而减小的规律。进行Co、Mn、Bi、Ni元素的单独沉淀实验，将沉淀物在680℃、730℃、760℃、800℃时预烧，记录粉料质量变化，对添加剂粉料进行XRD衍射分析，将预烧温度提高至750℃。
　　用化学共沉淀法（三元系复合添加剂）制备的元件压敏电压梯度可达388V/mm，非线性系数为33，漏电流为5mA，通流值达1850A，冲击前后压敏电压变化率为7％。非线性系数与通流值都好于固相法元件。对元件进行SEM扫描电镜测试，晶粒大小均匀，平均尺寸约为7μm，晶界及晶界处添加剂的分布比固相法均匀，气孔比固相法少。
　　还通过了热老练工艺和电老练工艺对 ZnO压敏电阻元件进行处理。实验结果表明：热老练工艺可以降低压敏电压梯度，但是对通流能力影响不大。电老练工艺实验，用2.5倍和3倍压敏电压值、波形为8/20μs的雷电流对元件进行1-3次老练，可以增强元件通流能力，冲击后压敏电压变化率最小为5.16％，元件合格率达100％。

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第一章 绪论

1.1压敏电阻器的研究意义

1.2国内外的研究现状

1.3实验选题的确立

第二章 ZnO压敏电阻器的结构及相关机理

2.1 ZnO压敏电阻器的基本结构

2.2 ZnO压敏电阻器的电性能

2.3 ZnO压敏电阻器的界面导电机理

2.4 ZnO压敏电阻器的蜕化机理

2.5 ZnO压敏电阻器的失效机理

2.6 ZnO压敏电阻器的液相烧结机理

第三章 化学共沉淀法制备纳米复合添加剂的研究

3.1化学共沉淀法

3.2 ZnO压敏电阻器中的添加剂

3.3复合添加剂的制备

3.4预烧温度对复合添加剂粉体的影响

第四章 ZnO压敏电阻器制备和性能测试

4.1 ZnO压敏电阻器的制备

4.2 ZnO压敏电阻元件性能测试

4.3热老练工艺对 ZnO压敏电阻器性能的影响

4.4电老练工艺对 ZnO压敏电阻器性能的影响

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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