沉淀剂对ZnO压敏陶瓷缺陷结构和电气性能的影响

王辉; 蔺家骏; 何锦强; 廖永力; 李盛涛

doi:10.7498/aps.62.226103

摘要

研究了不同沉淀剂(NH4HCO3和NaOH)对共沉淀法制备的ZnO压敏陶瓷性能的影响. 结果表明: 不同的沉淀剂对ZnO压敏陶瓷的微观结构及电气性能有明显的影响. 其中陶瓷微观结构的变化主要由沉淀剂本身的性质引起; 而电气性能的改变除了与微观结构相关外, 主要受不同沉淀剂对陶瓷晶界势垒参数的影响; 此外, 沉淀剂NaOH引入的Na+作为施主杂质离子掺杂ZnO压敏陶瓷, 增加晶粒中的自由电子浓度, 因此本征缺陷(锌填隙和氧空位)浓度受到抑制, 而锌填隙浓度相对于氧空位而言对施主离子掺杂更为敏感. 由此, 采用共沉淀法制备ZnO压敏陶瓷粉体时, 沉淀剂种类的选择很重要, 即使微量的杂质也会引起压敏陶瓷性能的较大改变, 应尽可能避免杂质离子的引入.

关键词:

Abstract

The effects of different precipitants (NH4HCO3 and NaOH) on the performances of ZnO varistor ceramics which were prepared by coprecipitation method were analyzed. There are noticeable influences for different precipitants to the microstructure and electrical performances of ZnO varistor ceramics. The change of microstructure is caused by the properties of precipitants themselves while the change of electrical performance is caused by the influence of precipitants to the grain boundary potential barrier properties. Besides, the donor impurity ion Na+ introduced by NaOH in the ZnO varistor ceramic will increase the free electron concentration in the grain. So the densities of intrinsic defects (zinc interstitial and oxygen vacancy) are restrained. The density of zinc interstitial is more sensitive to donor impurity ions compared with oxygen vacancy. Therefore the choice of precipitant is important when using coprecipitation method to prepare the powder of ZnO varistor ceramics. Even little impurity ions will result in the obvious change of the performance of varistor ceramics. The impurity ions should be avoided in the powder of ZnO varistor ceramics.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049;

2.
南方电网科学研究院有限责任公司, 广州 510080

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50972118)和中国南方电网公司科技项目(批准号: K-KY2012-002)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China;

2.
Electric Power Research Institute, CSG, Guangzhou 510080, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50972118) and China Southern Power Grid Project of Science and Technology (Grant No. K-KY2012-002).

参考文献

[1]	Li S T 1998 Insulators and Surge Arresters 163 42 (in Chinese) [李盛涛 1998 电瓷避雷器 163 42]
[2]	Levinson L M, Philipp H R 1986 Am. Ceram. Soc. Bull. 65 639
[3]	David R C 1999 J. Am. Ceram. Soc. 82 485
[4]	Li S T 1990 Ph. D. Dissertation (Xi’an: Xi’an Jiaotong University) (in Chinese) [李盛涛 1990 博士学位论文 (西安: 西安交通大学)]
[5]	Li C, Li Z Q, Peng Z D 2000 J. Functional Mater. 31 180 (in Chinese) [李春, 李自强, 彭忠东 2000 功能材料 31 180]
[6]	Chen Y F, Tang M T, Zhang B P, Yang S H 2004 Electron. Component. Mater. 23 23 (in Chinese) [陈艺锋, 唐谟堂, 张保平, 杨声海 2004 电子元件与材料 23 23]
[7]	Milosevic O, Vasovic D, Poleti D, Karanovic L J, Petrovic V, Uskokovic D 1989 Ceram. Trans. 3 395
[8]	Karak S Y, Lee W E 1994 Briti. Cerm. Trans. 93 65
[9]	Tran H V 1989 Ceram. Trans. 3 420
[10]	Yuan F L, Ling Y B, Li J L, Ji Y Z 1998 J. Inorganic Mater. 13 171 (in Chinese) [袁方利, 凌远兵, 李晋林, 季幼章 1998 无机材料学报 13 171]
[11]	Peng Z D, Yang J H, Zou Z, Liu Y X, Li Z Q 1999 J. Inorganic Mater. 14 733 (in Chinese) [彭忠东, 杨建红, 邹忠, 刘业翔, 李自强 1999 无机材料学报 14 733]
[12]	Yan G Q, Xie K X, Mo Z R, Lu Z L, Zou W Q, Wang S, Yue F J, Wu D, Zhang F M, Du Y W 2009 Acta Phys. Sin. 58 1237 (in Chinese) [严国清, 谢凯旋, 莫仲荣, 陆忠林, 邹文琴, 王申, 岳凤娟, 吴镝, 张凤鸣, 都有为 2009 58 1237]
[13]	Brankovic Z, Brankovic G, Poleti D, Varela J A 2001 Ceram. Intern. 27 115
[14]	Pianaro S A, Bueno P R, Olivi P 1997 J. Mater. Sci. Lett. 16 634
[15]	Gupta T K, Miller A C 1988 J. Mater. Res. 3 745
[16]	Cheng P F, Li S T 2006 Acta Phys. Sin. 55 4253 (in Chinese) [成鹏飞, 李盛涛 2006 55 4253]
[17]	Cheng P F, Li S T, Li J Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 187302 (in Chinese) [成鹏飞, 李盛涛, 李建英 2012 61 187302]
[18]	Fu H, Chen Z W, Shi B 1996 Acta Phys. Sin. 45 850 (in Chinese) [傅函, 陈志维, 石滨 1996 45 850]
[19]	Li S T, Cheng P F, Zhao L, Li J Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 523 (in Chinese) [李盛涛, 成鹏飞, 赵雷, 李建英 2009 58 523]

施引文献

[1]	Li S T 1998 Insulators and Surge Arresters 163 42 (in Chinese) [李盛涛 1998 电瓷避雷器 163 42]
[2]	Levinson L M, Philipp H R 1986 Am. Ceram. Soc. Bull. 65 639
[3]	David R C 1999 J. Am. Ceram. Soc. 82 485
[4]	Li S T 1990 Ph. D. Dissertation (Xi’an: Xi’an Jiaotong University) (in Chinese) [李盛涛 1990 博士学位论文 (西安: 西安交通大学)]
[5]	Li C, Li Z Q, Peng Z D 2000 J. Functional Mater. 31 180 (in Chinese) [李春, 李自强, 彭忠东 2000 功能材料 31 180]
[6]	Chen Y F, Tang M T, Zhang B P, Yang S H 2004 Electron. Component. Mater. 23 23 (in Chinese) [陈艺锋, 唐谟堂, 张保平, 杨声海 2004 电子元件与材料 23 23]
[7]	Milosevic O, Vasovic D, Poleti D, Karanovic L J, Petrovic V, Uskokovic D 1989 Ceram. Trans. 3 395
[8]	Karak S Y, Lee W E 1994 Briti. Cerm. Trans. 93 65
[9]	Tran H V 1989 Ceram. Trans. 3 420
[10]	Yuan F L, Ling Y B, Li J L, Ji Y Z 1998 J. Inorganic Mater. 13 171 (in Chinese) [袁方利, 凌远兵, 李晋林, 季幼章 1998 无机材料学报 13 171]
[11]	Peng Z D, Yang J H, Zou Z, Liu Y X, Li Z Q 1999 J. Inorganic Mater. 14 733 (in Chinese) [彭忠东, 杨建红, 邹忠, 刘业翔, 李自强 1999 无机材料学报 14 733]
[12]	Yan G Q, Xie K X, Mo Z R, Lu Z L, Zou W Q, Wang S, Yue F J, Wu D, Zhang F M, Du Y W 2009 Acta Phys. Sin. 58 1237 (in Chinese) [严国清, 谢凯旋, 莫仲荣, 陆忠林, 邹文琴, 王申, 岳凤娟, 吴镝, 张凤鸣, 都有为 2009 58 1237]
[13]	Brankovic Z, Brankovic G, Poleti D, Varela J A 2001 Ceram. Intern. 27 115
[14]	Pianaro S A, Bueno P R, Olivi P 1997 J. Mater. Sci. Lett. 16 634
[15]	Gupta T K, Miller A C 1988 J. Mater. Res. 3 745
[16]	Cheng P F, Li S T 2006 Acta Phys. Sin. 55 4253 (in Chinese) [成鹏飞, 李盛涛 2006 55 4253]
[17]	Cheng P F, Li S T, Li J Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 187302 (in Chinese) [成鹏飞, 李盛涛, 李建英 2012 61 187302]
[18]	Fu H, Chen Z W, Shi B 1996 Acta Phys. Sin. 45 850 (in Chinese) [傅函, 陈志维, 石滨 1996 45 850]
[19]	Li S T, Cheng P F, Zhao L, Li J Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 523 (in Chinese) [李盛涛, 成鹏飞, 赵雷, 李建英 2009 58 523]

[1]	杨如霞, 卢玉明, 曾丽竹, 张禄佳, 李冠男. 钆掺杂对0.7BiFe_0.95Ga_0.05O₃-0.3BaTiO₃陶瓷的结构、介电性能和多铁性能的影响. , 2020, 69(10): 107701. doi: 10.7498/aps.69.20200175
[2]	赵小强, 赵学童, 许超, 李巍巍, 任路路, 廖瑞金, 李建英. ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷缺陷弛豫特性的研究进展. , 2017, 66(2): 027701. doi: 10.7498/aps.66.027701
[3]	赵学童, 廖瑞金, 李建英, 王飞鹏. 直流老化对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响. , 2015, 64(12): 127701. doi: 10.7498/aps.64.127701
[4]	赵学童, 李建英, 贾然, 李盛涛. 直流老化及热处理对ZnO压敏陶瓷缺陷结构的影响. , 2013, 62(7): 077701. doi: 10.7498/aps.62.077701
[5]	周静, 刘存金, 李儒, 陈文. 异质界面对Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3叠层薄膜结构和介电性能的影响. , 2012, 61(6): 067401. doi: 10.7498/aps.61.067401
[6]	李智敏, 施建章, 卫晓黑, 李培咸, 黄云霞, 李桂芳, 郝跃. 掺铝3C-SiC电子结构的第一性原理计算及其微波介电性能. , 2012, 61(23): 237103. doi: 10.7498/aps.61.237103
[7]	成鹏飞, 李盛涛, 李建英. ZnO压敏陶瓷的介电谱. , 2012, 61(18): 187302. doi: 10.7498/aps.61.187302
[8]	赵学童, 李建英, 李欢, 李盛涛. ZnO压敏陶瓷缺陷结构表征及冲击老化机理研究. , 2012, 61(15): 153103. doi: 10.7498/aps.61.153103
[9]	尹桂来, 李建英, 尧广, 成鹏飞, 李盛涛. ZnO压敏陶瓷冲击老化的电子陷阱过程研究. , 2010, 59(9): 6345-6350. doi: 10.7498/aps.59.6345
[10]	丁南, 唐新桂, 匡淑娟, 伍君博, 刘秋香, 何琴玉. 锰掺杂对Ba(Zr, Ti)O3陶瓷压电与介电性能的影响. , 2010, 59(9): 6613-6619. doi: 10.7498/aps.59.6613
[11]	成鹏飞, 李盛涛, 李建英. ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的晶界电子结构. , 2010, 59(1): 560-565. doi: 10.7498/aps.59.560
[12]	成鹏飞, 李盛涛, 李建英. ZnO压敏陶瓷介电损耗的温度谱研究. , 2009, 58(8): 5721-5725. doi: 10.7498/aps.58.5721
[13]	李盛涛, 成鹏飞, 赵雷, 李建英. ZnO压敏陶瓷中缺陷的介电谱研究. , 2009, 58(1): 523-528. doi: 10.7498/aps.58.523
[14]	周歧刚, 翟继卫, 姚熹. 杂质分布设计对钛酸锶钡薄膜结构和性能的影响. , 2007, 56(11): 6666-6673. doi: 10.7498/aps.56.6666
[15]	赵苏串, 李国荣, 张丽娜, 王天宝, 丁爱丽. Na0.25K0.25Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的介电特性研究. , 2006, 55(7): 3711-3715. doi: 10.7498/aps.55.3711
[16]	曾涛, 董显林, 毛朝梁, 梁瑞虹, 杨洪. 孔隙率及晶粒尺寸对多孔PZT陶瓷介电和压电性能的影响及机理研究. , 2006, 55(6): 3073-3079. doi: 10.7498/aps.55.3073
[17]	马建华, 孙璟兰, 孟祥建, 林铁, 石富文, 褚君浩. SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性. , 2005, 54(3): 1390-1395. doi: 10.7498/aps.54.1390
[18]	张丽娜, 赵苏串, 郑嘹赢, 李国荣, 殷庆瑞. 复合层状Bi7Ti4NbO21铁电陶瓷的结构与介电和压电性能研究. , 2005, 54(5): 2346-2351. doi: 10.7498/aps.54.2346
[19]	刘鹏, 姚熹. La调节Pb(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电陶瓷的相变与电学性质. , 2002, 51(7): 1621-1627. doi: 10.7498/aps.51.1621
[20]	刘鹏, 边小兵, 张良莹, 姚熹. (PbBa)(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电/弛豫型铁电相界陶瓷的相变与介电、热释电性质. , 2002, 51(7): 1628-1633. doi: 10.7498/aps.51.1628

计量

文章访问数: 6583
PDF下载量: 740
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板