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丝网印刷法制备氧化锌压敏电阻厚膜及其性能研究

作　者: 王春霞
导　师: 马学鸣
学　校: 华东师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 氧化锌压敏电阻厚膜丝网印刷法压敏特性低温烧结银扩散
分类号: TM54
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

ZnO压敏电阻以其非常优异的非线性特性被广泛应用于电子特别是高压电力行业,以保护电气装置免受浪涌冲击。目前随着特高压大容量输变电工程的发展,作为雷电和过压保护装置的避雷器的安全性、可靠性和小型化的要求越来越高。而ZnO压敏电阻厚膜由于自身独特的优势,有效填补了ZnO压敏电阻块体和薄膜之间的空白。本文采用丝网印刷法,在氧化铝基片上制备了掺杂微量（0.08mol%）稀土氧化物Dy₂O₃的ZnO压敏电阻厚膜,研究了它的显微结构和电性能的变化情况。实验应用单因素实验轮换法,结合XRD、SEM和压敏电阻直流参数分析仪等测试方法手段,对制备的ZnO压敏电阻厚膜进行微观结构和电性能的分析,对主要的工艺参数进行了优化。结果表明:ZnO压敏电阻厚膜在650℃-800℃烧结时,随着温度的升高,电位梯度与非线性系数先增后减,而漏电流却是先减后增,且转折点均在700℃,同时底电极中的Ag向ZnO膜层和氧化铝基片的渗透程度也逐渐加剧。而在烧结为700℃,保温时间在30-60min时,ZnO压敏电阻厚膜的性能总体变化不太大,Ag的渗透扩散现象也不太显著。又因为Ag相、Co_2.33Sb_0.67O₄相、DyMnO₃相和富铋相Bi₂O_2.33共存于ZnO晶界处,这不仅使得ZnO压敏电阻厚膜的压敏机制更为复杂,而且也影响了内电极的导电性。因此改进后续烧渗银电极的工艺,用KD-2导电胶粘接膜和引线,并低温固化。实验获得综合性能最佳的ZnO压敏电阻厚膜具有高度（101）择优取向性、结构均匀、晶粒尺寸5-7.5μm,非线性系数达到13.6,漏电流为31.9μA,电位梯度达3002.89V/mm,比文献报道的（20KV/cm以上）高近20%,稳定性有很大提高。此时的工艺参数为:空气氛下,升温方式为先按1℃/min从室温升到400℃,之后4℃/min升至最后烧结温度700℃、保温时间为60min、随炉缓冷至室温、热处理温度为380℃、热处理时间30min。最后再考虑到膜的均匀致密性,及与衬底的附着情况,膜的厚度以80.00-166.50μm适宜。从而在尽量保证压敏特性的前提下,ZnO压敏电阻厚膜可使超高压输电系统中的避雷器小型化,重量减轻,制造成本降低以及进一步提高避雷器乃至输电系统的安全可靠性等,这为实现它的大规模生产和应用前景趋向超高压化都提供了广阔空间。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目录  10-11
第一章引言  11-15
  1.1 研究背景及意义  11-13
  1.2 ZnO压敏电阻厚膜的研究与发展现状  13-14
  1.3 本论文的主要工作  14-15
第二章 ZnO压敏电阻的压敏机制  15-23
  2.1 ZnO压敏电阻厚膜的微观结构  15-17
  2.2 ZnO压敏电阻压敏特性的形成机理  17-18
  2.3 ZnO压敏电阻微观导电机理  18-20
  2.4 ZnO压敏电阻的主要性能参数  20-21
  2.5 ZnO压敏电阻的掺杂物简介  21-23
第三章 ZnO压敏电阻厚膜的制备与研究方案  23-32
  3.1 ZnO压敏电阻厚膜的实验方案设计  23-25
  3.2 实验原料及仪器设备  25-26
  3.3 ZnO压敏电阻厚膜的制备过程  26-29
  3.4 ZnO压敏电阻厚膜的性能测试  29-32
第四章实验结果与分析  32-51
  4.1 ZnO压敏电阻厚膜的XRD图谱分析  32-35
  4.2 改进烧银电极工艺  35-36
  4.3 SEM结果分析  36-40
  4.4 烧结温度对ZnO压敏电阻厚膜压敏特性的影响  40-42
  4.5 保温时间对ZnO压敏电阻厚膜压敏特性的影响  42-45
  4.6 膜的厚度对ZnO压敏电阻厚膜压敏性能的影响  45-47
  4.7 热处理对ZnO压敏电阻厚膜压敏特性的影响  47-48
  4.8 ZnO压敏电阻厚膜致密度的测量  48-50
  4.9 本章小节  50-51
第五章结论  51-53
  5.1 工作总结  51
  5.2 工作中遇到的问题  51-53
参考文献  53-56
致谢  56

丝网印刷法制备氧化锌压敏电阻厚膜及其性能研究

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