稀土氧化物摻雜改性氧化鋅壓敏電阻的研究.pdf

1、ZnO壓敏電阻片是以ZnO為主要成分，添加某種壓敏形成劑(如Bi2O3和Pr6O11)以及其他多種金屬氧化物，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的半導(dǎo)體陶瓷，在高壓輸變電線路、城市地鐵和電氣化鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。
　　 高性能ZnO壓敏電阻片作為ZnO避雷器的核心部件，其性能及制造技術(shù)直接制約著ZnO避雷器的發(fā)展。因此，提高ZnO壓敏電阻片的性能是高壓電網(wǎng)系統(tǒng)中加強(qiáng)對(duì)雷電浪涌防護(hù)的重要研究課題。本文通過(guò)稀土氧化物摻雜進(jìn)行成分優(yōu)化，制備高壓輸變

2、電用Bi2O3系ZnO壓敏電阻片，探討了不同燒結(jié)工藝下的晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，并研究開發(fā)新型Pr6O11系ZnO壓敏電阻片以改善Bi2O3系壓敏電阻片添加物多、Bi2O3易揮發(fā)及高電阻抗性等缺點(diǎn)。
　　 在稀土氧化物摻雜量為0.2～0.8mol％范圍內(nèi)，探討了稀土氧化物(Y2O3、Er2O3)及摻雜量對(duì)Bi2O3系ZnO壓敏電阻片微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響，得出最佳的稀土氧化物及其摻雜區(qū)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：摻雜0.6mol％Y2O3時(shí)，試樣

3、的綜合性能最佳，其性能指標(biāo)分別為：電位梯度：505V/mm；非線性系數(shù)：29.6；漏電流：345μA。
　　 研究了Y2O3摻雜ZnO-Bi2O3壓敏電阻片晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：試樣的平均晶粒尺寸，隨著燒結(jié)溫度的提高和燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)而長(zhǎng)大。當(dāng)摻雜0.6mol％Y2O3的ZnO壓敏電阻片在1030℃下燒結(jié)保溫2h后，試樣的平均晶粒尺寸最小，約為1.5μm；1070℃下燒結(jié)保溫8h的試樣平均晶粒尺寸最大，約為4.2μm。根據(jù)

4、晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算得到摻雜0.6mol％Y2O3的ZnO-Bi2O3壓敏電阻片的晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)指數(shù)n=4，晶粒生長(zhǎng)活化能Q=1182kJ/mol。
　　 探討了添加不同CeO2含量對(duì)Pr6O11系ZnO壓敏電阻片顯微結(jié)構(gòu)及電性能的影響，以期能滿足特高壓輸變電用高電位梯度的應(yīng)用需求。結(jié)果表明：隨著CeO2摻雜量的增加，ZnO-Pr6O11系壓敏電阻片電位梯度和非線性系數(shù)有明顯的提高，在摻雜量為1.0mol％時(shí)達(dá)到峰值，分別為

5、548V/mm和42。XRD、SEM檢測(cè)分析表明：CeO2并不與ZnO及其他氧化物生成新相，而是以CeO2的形式獨(dú)立存在，抑制了Zni的生成，致使填隙鋅離子的傳質(zhì)能力下降，從而減小ZnO晶粒尺寸，并改善了壓敏電阻片的晶界結(jié)構(gòu)和成分。
　　 討論了Pr6O11系ZnO壓敏電阻片的球磨、模壓成型、燒結(jié)過(guò)程的影響因素。研究發(fā)現(xiàn)：本體系ZnO壓敏電阻材料的球磨工藝應(yīng)采用無(wú)水乙醇作球磨液體介質(zhì)，不宜采用蒸餾水。采用兩次先后加壓、適當(dāng)減小成