探究掺杂二氧化钛对氧化锌压敏陶瓷的影响--结题报告.doc

材料科学工程与科学实践 探究掺杂二氧化 钛对氧化锌压敏陶瓷的影响 学 院 学院 专业 班级指导教师提交日期 目录 1 绪 论 - 2 - 1.1 引言 - 2 - 1.2 ZnO压敏电阻的研究动态及用途 - 2 - 1.2.1 ZnO压敏电阻的发展历史 - 2 - 1.2.2 ZnO压敏电阻研究现状 - 3 - 1.2.3 低压ZnO压敏电阻的用途 - 3 - 1.3 ZnO压敏电阻的结构及性能参数 - 3 - 1.3.1 ZnO的结构 - 3 - 1.3.2 低压ZnO压敏电阻的显微结构 - 4 - 1.3.3 ZnO压敏电阻的性能参数 - 5 - 1.4 ZnO压敏电阻的工作原理及导电机理 - 7 - 1.4.1 ZnO压敏电阻的工作原理 - 7 - 1.4.2 低压ZnO压敏电阻的电子陷阱 - 8 - 1.4.3 低压ZnO压敏电阻导电机理 - 8 - 2 ZnO压敏陶瓷低压化方案的选择与实验过程 - 9 - 2.1 方案的选择 - 9 - 2.2 实验原料及设备 - 10 - 2.3 实验方案设计 - 10 - 2.4 ZnO压敏陶瓷的制备工艺 - 12 - 2.4.1 样品制备 - 12 - 2.4.2 制备工艺流程图 - 12 - 3 成品的表征方法 - 12 - 3.1 成品的表征方法 - 13 - 4 实验结果与分析 - 13 - 4.1电性能测试 - 13 - 4.3　X射线衍射（XRD）物相分析 - 17 - 4.3.1 X 射线衍射的原理 - 17 - 4.3.2　分析样品的制备 - 18 - 4.3.3　结果分析 - 18 - 4.5.1扫描电子显微镜的工作原理 - 20 - 4.5.2结果分析 - 20 - 5 结论 - 21 - 致谢 - 22 - 参考文献： - 23 - 附件1：低压氧化锌压敏陶瓷研究过程记录 - 2 - 附件2 实验基本数据： - 29 -  摘 要：ZnO压敏电阻陶瓷的性能是压敏陶瓷中最为优异的一种。近年来，由于电子设备向小型化、多功能化发展，集成电路的集成速度和密度不断提高，为了使电子线路免遭浪涌电压的破坏，在低压领域内对压敏电阻器的应用也提出了越来越高的要求，因此ZnO的低压化成为研究的热点。为了寻求一个相对合适的ZnO压敏陶瓷的低压化配方，并且将所学专业理论知识与实际相结合，经文献查阅，我们设计了添加剂的量依次适当增加的四组平行实验来进行研究。本文首先简析了ZnO压敏陶瓷材料的概念、结构、研究现状及压敏电阻的性能参数，并详细解释了其导电机理。同时对制备ZnO压敏陶瓷的基本工艺流程[1]做了初步的了解，通过热分析的实验和老师的指导得出，烧结温度分别为1160℃、1180℃，1200℃三个温度下保温2h的烧结条件。接着我们按每组不同的质量百分比对粉料进行称重，充分研磨混合，加胶压片，烧结成瓷。并对陶瓷成品进行测试分析，采用X射线衍射仪（X-ray diffraction，XRD)对其进行物相组成分析；采用扫描电镜(Scanning electrical microscope，SEM)观察其表面形貌组织和晶粒生长情况。 1 绪 论 1.1 引言 压敏电阻陶瓷材料是指在一定温度下和某一特定电压范围内具有非线性伏-安特性、其电阻随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。根据这种非线性伏-安特性，可以用这种半导体陶瓷材料制成非线性电阻器，即压敏电阻器。压敏电阻器根据所应用的电压范围可以分为高压压敏电阻器、中压压敏电阻器和低压压敏电阻器。 近年来，由于电子设备向小型化、多功能化发展，集成电路[5]的集成速度和密度不断提高，为了使电子线路免遭浪涌电压的破坏，在低压领域内对压敏电阻器的应用也提出了越来越高的要求。20 世纪 90 年代以来，人们对已有的ZnO 系、TiO2系、SrTiO3系和BaTiO3系压敏陶瓷材料在低压范围内的应用做了大量的研究工作，其中ZnO系是压敏电阻陶瓷材料中性能最优异的一种。 由于ZnO压敏电阻器具有造价低廉、非线性特性优良（α＞50）、响应速度快（＜25 ns）、漏电流小（＜20 mA）、通流容量大（≥2500 A/cm2）等优点，在近30 多年间，作为压敏电阻器典型代表之一在通信、电力、家电和工业控制等诸多领域得到了广泛的应用，在压敏电阻器中占据主要地位，获得ZnO系的低压化也是国内外研究的重点。 1.2 ZnO压敏电阻的研究动态及用途 1.2.1 ZnO压敏电阻的发展历史 ZnO陶瓷具有的非线性电压-电流现象最早是在二十世纪六十年代由苏联人M.S.Kossman和E.G.Pettsold发现。在氧化锌压敏陶瓷中其主要成分是ZnO,根据要求不同而加入不同的改性