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1、华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 ZnO 压敏电阻具有优良的非线性，较强的抗浪涌能力和很好的工作稳定性，是压敏电阻系列中最常用的一种。随着电子技术的发展，片式压敏电阻和叠层压敏电阻在电力电子等不同领域的应用越来越广泛，技术发展的趋势要求压敏电阻能在低温烧结的情况下实现低压化。本文在大量文献的基础上，尝试研究较低压敏场强下低温烧结的实现。 本文研究的主要内容包括： 讨论了压敏电阻V-I特性，ZnO压敏电阻的常见组分及作用，烧结后陶瓷中的相成分，掺杂物的添加对于压敏电阻性能的影响。添加改性添加剂，观察WO3、Cr2O3、Ni2O
2、3、Nb2O5、SiO2、H3BO3、SnO2、CaCO3、ZnC2O4和 3Zn（OH）22ZnCO3掺杂及掺杂量对于电性能的影响，得到 0.1mol%H3BO3掺杂的八元系ZnO压敏电阻配方。其在 1000烧结时，E1mA=56V/mm，=29.6，漏流为 0.2A。 讨论了低温烧结的机理及实现途径， 研究了三种玻璃的掺杂对于 ZnO 压敏电阻电性能的影响，根据其微观结构及相组成，讨论了各种玻璃掺杂及不同掺杂量的作用。得到了电性能较好的掺玻璃配方。研究了 ZBG 掺杂的 ZnO 晶粒生长动力学，得到掺玻璃后 ZnO 晶粒生长指数在 1050以下近似为 5， 激活能为 320KJ/mol；
3、在大于 1050烧结时生长指数近似为 3，激活能约为 240KJ/mol。 探讨 Mn，Co 的添加在 ZnO 压敏电阻中的作用。得到不同添加量的 Mn、Co 对于电性能的影响，Mn、Co 掺杂可以明显的改善非线性和漏流。根据 Cole-Cole 图分析Mn、Co 掺杂对微观结构的影响，发现存在弛豫现象，且弛豫现象与烧结温度和掺杂量有关。得到压低角与烧结温度和掺杂量的关系，烧结温度升高，压低角减小；掺杂量增大，压低角先减小后增大。 关键词：关键词：ZnO 压敏 掺杂 低温烧结 晶界电性能 I华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abst
4、ract ZnO varistors is widely used as one of the most popular varistors for their excellent non-linearity, large surge-withstanding capability and high reliability. Varistors are used more and more in the fields of electrical engineering and electronics in the shape of chips and multi-layer following
5、 the development of the technology of electronics .The trend of the development demands low-voltage varistors while sintered in low temperature .Thus, researches on lowing down the voltage and sintering temperature are needed. The main body of this book is about sintering the resister in a low tempe
6、rature with a low voltage. The primary coverage are as follows: The paper discussed the V-I property of voltage dependent resistors. The theory of common constituent and the phase composition are also under discussion. Effects of dopants added in Znic Oxide varistors are observed. WO3、Cr2O3、Ni2O3、Nb
7、2O5、SiO2、H3BO3、 SnO2、 CaCO3、 ZnC2O4 and 3Zn （OH）22ZnCO3 are added and how they effect the property is in observation. Electrical properties are influenced by the amount of additive, also the kind of dopant. A eight-primary low-voltage formula is obtained which sintered at 1000 and the electrical pro
8、perties are E1mA=56V/mm,=29.6, leakage current is 0.2A. The mechanism and the way to carry out low temperature sintering is under discussion. Three kinds of low melting temperature glasses are added , the impact on electrical properties is observed and discussed depending on the microstructure and t
9、he phase compensation. Sintering is influenced by the kind and amount of glass. A preferable formula is decided. Grain growth kinetics of Znic oxide resister doped with ZBG is researched. The grain growth index is about 5 when sintered below the temperature of 1050, while its 3.4 when sintered above
10、 the temperature of 1050. The acivation energy of doped Zinc oxide resister is 320KJ/mol and 240KJ/mol separately. Effects of Mn and Co dopant in Zinc oxide resister are observed. Electrical properties are influenced by the amount of dopant. The effect on microstructure of Mn and Co dopant is analyz
11、ed through the Cole-Cole figure. Relaxed structures which connected to the sintering temperature and amount of dopant are found. The influence of sintering II华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 temperature and amount of dopant on the depression angle of the complex dielectric constant cu
12、rves was studied. The depression angle minish by the increase of sintering temperature. The depression angle decrease when the amount of dopant increase, and get large at a certain amount. Keywords: ZnO varistor doping low-temperature sintering Electrical Property on Grain Boundary III独创性声明 本人声明所呈交的
13、学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编
14、本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪 论 1.1 引言 压敏效应是指当外加电压增加到某一临界值之后，流过材料中的电流急剧增大，或其电阻率急剧减小的非线性效应1。压敏电阻器是基于此效应的一种电阻值随外加电压的增加而敏感变化的电子陶瓷器件，研究表明，电子元件的损坏很大一部分是由静电放电引起的2,3,4。压敏电阻器被广泛用作过压保护和稳压的重要元器件。 二十世纪三
15、十年代初， 美国研制出SiC陶瓷压敏电阻器用于避雷器5， 但是由于SiC陶瓷压敏电阻器值很小(约为 37)，自二十世纪五十年代开始，各工业发达国家开始研究新的压敏电阻组件。1952 年日本东芝公司首先研制成了ZnO-SnO2压敏电阻器；1968 年发现了性能更优的ZnO压敏电阻器6，从此ZnO压敏电阻工业迅速发展，应用日益广泛7,8。二十世纪八十年代初TiO2，SrTiO3等既有压敏性能又有电容性能的双功能组件成为业界的热点，发展很迅速，但是至今制造技术仍未十分成熟，没有做到大规模生产与应用9。 随着通讯技术和表面安装技术的发展，迫切要求电子组件向小体积、小功耗和片式化方向发展，对于压敏电阻器
16、，除要求小型化以外，还要有较低的压敏电压。近年来正在成长的一种新型多层片式压敏电阻器(MLV)，其在结构上类似多层片式陶瓷电容器(MLC)，由多个分立压敏电阻器并联构成，图 1-1 是 MLV 的结构示意图。MLV与传统的单层圆片带引线压敏电阻器相比，具有体积小、流通容量大、响应速度快、良好的限制电压特性、较好的温度特性、表面安装性好和易实现低压化等特点。 20 世纪 90 年代以来， 人们对ZnO系压敏陶瓷材料在低压范围的应用做了大量的研究工作，并取得了一些研究成果，如叠层型片式ZnO压敏电阻器10,11,12、籽晶法制备 ZnO压敏电阻器13,14,15,16、微波烧结制备ZnO压敏电阻器17、共沉淀法制备ZnO粉体18,19等。 同时， 人们又研制成功了新型的低压压敏-电容双功能陶瓷材料20,21， 如TiO2、WO3等。 1华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士
