编号：FTJS107376
篇名： Zn-Sr基无铋压敏陶瓷制备及性能研究
作者： 王凯
关键词： ZnO-SrCO3基; 压敏陶瓷; 氧化物掺杂; 非线性性能;
机构：烟台大学
摘要： ZnO基压敏陶瓷因其优异的非线性性能在移动通信、电力系统及军事装备等领域具有重要的应用价值。然而,主流ZnO基压敏陶瓷体系,如ZnO-Bi2O3基、ZnO-V2O5基和ZnO-Pr6O11基,仍存在高挥发性、高毒性和高成本等技术缺陷。本论文以ZnO-SrCO3为陶瓷基底,聚焦于开发新型高性能无铋压敏陶瓷,系统探究了其在物相组成、表面形貌及非线性性能等方面的演变规律与微观机制。主要研究内容包括: 1.研究了烧结温度对ZnO-SrCO3-Co2O3压敏陶瓷微观结构及电学性能的影响。结果表明:Sr（锶）作为晶界骨架形成剂,其元素分布特征对烧结温度极为敏感。当烧结温度趋于1190℃,Sr在晶界表现出较高程度的元素析出、沉积与团簇化现象,这进一步导致了Co元素在晶界的富集行为。陶瓷在该烧结温度下的非线性性能最佳:α=56.47,E1m A=415.32 V/mm,IL=0.73μA/cm2。本章梳理了烧结温度、初始晶界环境、复杂晶界环境等微观变化与陶瓷宏观电学性能间的逻辑关系。 2.研究了SiO2掺杂对ZnO-SrCO3-Co2O3压敏陶瓷微观结构及电学性能的影响。结果表明,SiO2掺杂有效抑制ZnO晶粒的生长,致使其平均晶粒尺寸由13.74μm显著降低至6.67μm。此外,当SiO2掺杂量为0.50 mol%时,陶瓷展现出优异的非线性性能:α=76.83,E1m A=272.18 V/mm,IL<0.29μA/cm2。同时,界面态密度Ns、施主密度Nd、晶界势垒高度φB与耗尽层宽度t分别为0.64×1017 m-2、2.13×1024 m-3、2.99 e V与2.18×10-8 m。 3.研究了SiO2掺杂对ZnO-SrCO3-Co O基压敏陶瓷微观结构及电学性能的影响。结果表明,Si能显著调控Sr和Co的元素分布特征,其本身在晶界也能形成分散的微富集区。特别地,Si4+离子能诱导Co2+离子沿晶界方向的浓度强化与高程度弥散型分布,这可能导致后者在晶界氧吸附机制的增强。因此,当SiO2掺杂量为0.75 mol%时,陶瓷的受主态缺陷Ns、施主态缺陷密度Nd及势垒高度φB均达到极值,分别为1.23×1017 m-2、4.60×1024 m-3与3.48 e V。这赋予了陶瓷最佳的非线性性能:α=64.23,E1m A=321.53 V/mm,IL<0.29μA/cm2。