稀土氧化物摻雜ZnO壓敏瓷的性能與顯微結構.pdf

1、ZnO壓敏瓷是一種多晶電子陶瓷,它具有優(yōu)異的非線性Ⅰ-Ⅴ特性,因此被廣泛應用于電力行業(yè)和電子行業(yè)以保護電子器件,電路電線等免受瞬態(tài)沖擊電壓的破壞。隨著特高壓輸電系統(tǒng)發(fā)展迅速,對輸電系統(tǒng)中所用金屬氧化物避雷器提出了更高的要求,要求其安全可靠、重量輕、體積小,因此需要開發(fā)電學性能優(yōu)良的ZnO壓敏瓷。
　　 為了滿足ZnO壓敏瓷在特高壓領域應用的要求,以獲得高性能的ZnO基壓敏瓷為目的。本論文選取Sc2O3、Yb2O3、Lu2O3和E

2、u2O3對ZnO-Bi2O3系壓敏瓷進行摻雜,四種稀土氧化物的摻雜量均為0-0.4mol％,通過研究幾種稀土氧化物及其摻雜水平對壓敏瓷的電性能及顯微結構的影響,找出其最佳配比,并研究稀土氧化物對壓敏瓷的影響機理。研究發(fā)現(xiàn):
　　 (1)在ZnO壓敏瓷中摻雜稀土化合物Sc2O3,隨著Sc2O3摻雜量的增加,氧化鋅壓敏瓷的非線性系數(shù)大幅度提高,壓敏瓷的晶粒尺寸先增大后減少,而晶粒大小與壓敏瓷電位梯度有關,晶粒越大,電位梯度越小,因此

3、其電位梯度變化為先減少后增加,漏電流隨摻雜量的增加而降低。結果表明,Sc2O3摻雜氧化鋅壓敏瓷1000℃燒結的性能較好；當Sc2O3摻雜量摻雜濃度為0.3mol％時氧化鋅壓敏瓷的綜合電性能最好,其壓敏電位梯度為821V／mm,非線性系數(shù)為62,漏電流為0.16μA。
　　 (2)在ZnO壓敏瓷中摻雜Yb2O3,隨著摻雜量的增多,壓敏瓷的晶粒尺寸先增大后減少,因為晶粒越大,電位梯度越小,所以電位梯度變化呈先減少后增大的波浪式變化。

4、非線性系數(shù)先增大后減少,漏電流降低。900℃燒結Yb2O3摻雜量為0.4mol％時ZnO壓敏瓷的電性能最好。
　　 (3)在ZnO壓敏瓷中摻雜Lu2O3,隨著摻雜量的增加,壓敏瓷的晶粒尺寸先減少后增大再減少,與之相對應,電位梯度先增大后減少再增大,非線性系數(shù)先增大后減少,漏電流逐漸降低。950℃燒成Lu2O3摻雜量為0.3mol％時,壓敏瓷的綜合性能最好。
　　 (4)在ZnO壓敏瓷中摻雜Eu2O3,隨著摻雜量的增多,壓

5、敏瓷的晶粒尺寸先減少后增大,與之對應電位梯度變化規(guī)律為先增大后減少。非線性系數(shù)亦是先增大后減小,900℃燒結的壓敏瓷其漏電流隨Eu2O3摻雜量的增加而逐漸降低,而950℃,1000℃燒結時其漏電流隨Eu2O3摻雜量的增加而逐漸升高。950℃燒結的壓敏瓷的綜合性能最好。
　　 (5)隨著稀土氧化物摻雜量的增多,壓敏瓷中Bi2O3的量逐漸減少,這可能是由于稀土氧化物摻雜較多時會與Bi2O3形成固溶體,產生大量含有相應稀土元素的富鉍相