摻雜物Zn、Cr、Nb-TiO-,2-雙功能瓷料的研究.pdf

1、TiO<,2>壓敏-電容雙功能材料及其器件具有出色的電氣性能,且工藝流程簡單,不需要還原氣氛燒結(jié),廣泛地應(yīng)用于計算機、DVD、微電機中,既能對電路起到保護(hù)作用,又能起到消噪、抗浪涌等作用,該領(lǐng)域內(nèi)的研究極其具有重要性和緊迫性.該學(xué)位論文參考有關(guān)研究報告,開展對TiO<,2>壓敏-電容雙功能材料及其器件作更進(jìn)一步的研究和探索.該實驗首次采用ZnO作為低共熔物,取得了較好的效果.首先,ZnO能夠很好地促進(jìn)燒結(jié)過程中晶粒的生長,通過SEM的形

2、貌觀察可知:晶粒的直徑隨著ZnO含量的增加而增大,并且晶粒生長完整,呈六邊形.其次,通過EDS和復(fù)阻抗分析可知,在燒結(jié)后期,ZnO使得Nb<,2>O<,5>往晶粒中擴散,同時少量的二次施主摻雜物Ta<,2>O<,5>往晶界處擴散,使得晶粒的電阻減少;擴散到晶界處的Ta<,2>O<,5>和晶界處的受主雜質(zhì)進(jìn)行電價補償,降低了晶界處的電阻.因此,從宏觀上使得試樣的壓敏電壓得以降低.最后,ZnO所形成的低共熔物使得受主雜質(zhì)往晶界外層擴散,受主

3、層變薄并較均勻地分布在晶界處,提高試樣的非線性系數(shù)和介電常數(shù),并降低了損耗.實驗中采用二次施主摻雜工藝技術(shù).其方法如下:把Nb<,2>O<,5>和TiO<,2>在一定溫度下預(yù)燒,讓它們預(yù)先結(jié)合,再加入Ta<,2>O<,5>在燒結(jié)溫度燒成,Nb<'5+>、Ta<'5+>同時取代Ti<'4+>起到施主摻雜作用.這種工藝的優(yōu)點是:晶粒中的施主摻雜濃度增加,晶粒具有較低的電阻,而Ta<,2>O<,5>擴散到晶界處對受主雜質(zhì)形成施主補償,降低了晶

4、界處的電阻;同時阻止受主物質(zhì)擴散到晶粒中造成在晶粒內(nèi)的受主取代.采用二次施主摻雜工藝,使得試樣在較低的壓敏電壓的同時具有較好的非線性系數(shù).該實驗采用被實踐證明效果較好的Mn和Ce作為受主摻雜的基礎(chǔ)之上,加入了Cr<,2>O<,3>作為復(fù)合受主摻雜,通過降低晶界處的有效勢壘平均高度,使得進(jìn)一步降低了試樣的壓敏電壓.用上述研制材料制作試樣(厚度H=1.82mm,直徑D=10mm)的性能參數(shù)為:E<,10mA>=9.52V/mm,非線性系數(shù)α