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陶瓷材料合成对线性电阻温度系数的影响

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  • 更新日期:2024-12-09 16:48
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详细介绍
采用ZnO+MgO+Al2O3+SiO2配方体系,制备了氧化锌线性电阻。通过改变氧化锌瓷料粉末的煅烧条件以及瓷体的烧结温度,详细研究氧化锌陶瓷线性电阻的温度系数和电阻率变化规律。实验数据显示,氧化锌煅烧温度为1000 ℃,瓷体烧结温度为1240 ℃时,电阻片的电阻率为1165 Ω·cm。

电阻是电子、电力和通信系统中的基本元件,已有数百年发展历史。电阻器主要分为金属电阻、膜类电阻和陶瓷电阻[1-5]。随着高铁、高压输电、电缆等领域的发展,对电阻材料的性能要求日益提高,特别是在极端条件和恶劣环境中,传统金属电阻难以满足需求[6-9]陶瓷电阻因其稳定性和环境适应性,成为关键解决方案[10, 11]

自1968年以来,ZnO压敏陶瓷电阻因其通流能量大、非线性系数高、性能易控和成本低而快速发展[12-15]到20世纪80年代末,研究人员利用ZnO材料能吸收大量能量这个特性,通过添加Al2O3和MgO等添加剂,在氧化锌压敏陶瓷电阻的基础上研发了ZnO线性电阻[16-19]早些年对ZnO线性电阻器的研究主要是关于基体配方和烧结工艺对其综合电性能的影响[20, 21]。其中温度系数作为线性电阻的重要性能指标,当陶瓷电阻的温度系数较大时,电阻值会随着环境温度的升高而增加或减少,导致电路中电阻值的变化,进而影响整个电路的稳定性,在高温环境下,电阻值的变化可能导致电路出现故障或失效,因此,一个具有较低温度系数的线性电阻对于确保电路的正常工作至关重要。

对于温度系数的研究,Y. H zhang等人发现[22],通过调节烧结温度可以控制ZnO线性电阻的温度系数和电阻率。近年研究集中在通过掺杂稀土氧化物来改善温度系数,Xu等人加入CeO2,发现掺杂Ce4+可显著降低晶界电阻率并改善温度系数[23]。Liu等人发现,适量掺杂La2O3可以使ZnO线性电阻器性能最佳,温度系数为-663ppm/°C[24]。尽管这些研究对氧化锌线性电阻的温度系数和电阻率等性能作出了一些贡献,但是仍然缺乏一个系统的理论探讨,同时对温度系数与电阻率之间的关系方面仍缺乏深入的研究。也有研究表明原料的预处理也会对氧化锌线性电阻的微观结构和电学特性等产生一定影响[25],但并没有深入探讨。

因此,本研究旨在通过对以氧化锌为主体的瓷料进行煅烧合成以及合成制度优化等方法,深入探讨氧化锌线性电阻的电阻率和温度系数之间的相互关系,并进行理论分析。

主原料氧化锌煅烧条件为800℃时,线性电阻在不同烧结温度下的X射线衍射(XRD)图

 

 

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