摘 要

目前ZnO线性电阻陶瓷的制备的难点在于电阻稳定性差、线性度不好控制，为制备出备出综合性能较好，符合产业化生产要求的ZnO线性电阻，本文参考和分析样品，选取ZnO-MgO-Al₂O₃-TiO₂-SiO₂体系作为基础体系，优化配方组成和制备工艺，在配方工艺优良的ZnO线性电阻基础上掺杂适当加入稀土氧化物来减小阻温系数和非线性系数。得出主要结论如下：

添加剂最佳加入方式为添加剂MgO、Al₂O₃和TiO₂先预合成，再和SiO₂一起添加到ZnO中混合制备，添加剂最佳煅烧温度范围为1150℃～1200℃。Al₂O₃含量为9%时，烧结温度在1360℃时，试样烧结最致密，电性能较好，电阻率为：536Ω•cm，非线性系数为1.7，电阻温度系数为-5.4×10^-3/℃。添加La₂O₃，最佳烧结温度为1330℃，La₂O₃掺杂含量为0.5%时，综合性能较好，电阻率为：215Ω•cm，非线性系数为1.7，电阻温度系数为2.45×10^-4/℃。

关键词：ZnO线性电阻；掺杂La₂O₃；制备工艺；烧结性能；电学性能

Effect of Doped La₂O₃ on the Properties of ZnO Linear Resistor

Abstract

At present, the difficulty in the preparation of ZnO linear resistance ceramics is the poor resistance stability and poor linearity control. In order to prepare ZnO linear resistors with good comprehensive performance and meeting the requirements of industrial production, this paper refers to and analyzes samples and selects ZnO-MgO-Al₂O₃-TiO₂-SiO₂ system is used as the basic system to optimize the formulation composition and preparation process. The rare earth oxide is doped on the basis of the excellent ZnO linear resistance to reduce the temperature resistance coefficient and nonlinear coefficient. The main conclusions are as follows:

The optimum addition method of the additive is that the additive MgO, Al₂O₃ and TiO₂ are pre-synthesized, and then added together with SiO₂ to prepare ZnO, and the optimum calcination temperature of the additive ranges from 1150 °C to 1200 °C. When the Al₂O₃ content is 9%, when the sintering temperature is 1360 °C, the sample is most compact and has good electrical properties. The resistivity is 536 Ω•cm, the nonlinear coefficient is 1.7, and the temperature coefficient of resistance is -5.4×10-3/ °C. When La2O3 is added, the optimum sintering temperature is 1330 °C, and the La₂O₃ doping content is 0.5%, the overall performance is good, the resistivity is 215 Ω•cm, the nonlinear coefficient is 1.7, and the temperature coefficient of resistance is 2.45×10-4/°C.

Key words: ZnO linear resistance; Doped La₂O₃; Preparation process; Sintering properties; Electrical propertie

目录

摘 要 …...I

Abstract …………………………..II

第一章 绪 论 1

1.1 ZnO线性电阻研究背景及应用 1

1.2 ZnO线性电阻简介 2

1.2.1 ZnO线性电阻性能参数 2

1.2.2 ZnO线性电阻的掺杂改性 3

1.3 课题的提出和研究内容 5

第二章 实验方法 6

2.1样品制备原料及仪器 6

2.1.1 实验原料 6

2.1.2 实验仪器 6

2.2实验流程 7

2.3性能测试与表征 8

2.3.1烧结性能测试 8

2.3.2 电性能的测试 8

2.3.3 物相分析 9

2.3.4 扫描电镜分析 9

第三章 制备工艺对ZnO线性电阻性能的影响 10

3.1引言 10

3.2添加剂的加入方式和顺序 10

3.3添加剂的煅烧温度 11

3.4 添加不同含量的Al₂O₃ 13

3.5升温速率 19

3.6本章小结 20

第四章 掺杂La₂O₃对ZnO线性电阻性能的影响 21

4.1引言 21

4.2 结果与讨论 21

4.3 本章小结 24

第五章 结论与展望 25

5.1结论 25

5.2展望 25

参考文献 27

致 谢 29

第一章 绪 论

1.1 ZnO线性电阻研究背景及应用

随着中国经济和电子工业的飞速发展，市场迫切需要一种电阻率稳定，电流密度大，阻温系数小或为正的电阻器产品。因此，人们把目光聚焦在ZnO线性电阻上，它的原料低廉，易生产，通流能量密度大，电阻温度系数小，在300℃工作时电阻率变化波动范围较小。传统ZnO压敏电阻研究历程如表1-1所示，1986年日本日立公司在ZnO压敏电阻的基础上实现了ZnO陶瓷的线性化，并实现了小量的商品化。从那时起，ZnO线性陶瓷电阻器开始工业化生产。与传统的线性电阻相比，ZnO线性陶瓷电阻不易被氧化，高温长时间工作时，电阻率变化范围小，具有小的负电阻温度系数或者正的阻温系数等优良的电学性能。

表1-1 ZnO压敏电阻的研究历程

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