论文部分内容阅读
ZnVMnNbO基压敏陶瓷具有优良的压敏特性,而且可以在900℃烧结。在其原料中进一步添加少量稀土掺杂后,ZnVMnNbO基压敏陶瓷的非线性可进一步提高。然而,绝大多数已有研究采用的纯稀土掺杂也间接提高了该材料的生产应用成本。因此,本文以当地包头某生产线上的镧铈稀土半成品热分解镧铈复合稀土氧化物作为唯一稀土来源替代已有研究中的纯稀土氧化物,采用传统混合氧化物工艺合成高性能稀土掺杂ZnVMnNbO基压敏陶瓷。在此基础上,综合利用XRD、SEM、EDS和标准I-V测试等方法研究上述镧铈稀土半成品热分解产物掺杂量（0-0.25mol%）、烧结温度（850-925℃）、保温时间（2-5h）对该压敏陶瓷的影响及作用机理。最后,在最佳掺杂量与最佳制备工艺条件下,研究镧铈稀土半成品热分解产物掺杂与相同摩尔含量的镧铈纯稀土混合物掺杂对ZnVMnNbO基压敏陶瓷影响的差异。研究结果表明,ZnVMnNbO基压敏陶瓷由ZnO主晶相,以及ZnV2O4、ZnMn2O4、Zn3（VO4）2第二相共同组成。镧铈稀土半成品热分解产物掺杂样品中还含有Ce（La）VO4第二相。当陶瓷样品在875℃3h的条件下烧结时,样品的相对密度随着镧铈稀土半成品热分解产物掺杂量的增加,由92.67%增加到93.40%,平均晶粒尺寸由5.62μm减小到3.20μm。对于I-V测试结果显示,镧铈稀土半成品热分解产物掺杂量为0.1mol%的情况下,综合电性能最好:其非线性系数为48.4,压敏电压为554V/mm,漏电流密度为120μA/cm2。烧结温度及保温时间的变化虽然在一定程度范围内影响了样品的相对密度、晶粒直径及压敏特性等,但样品的非线性系数均低于48.4。其次,采用唯象法进一步研究基于ZnVMnNbO基压敏陶瓷的晶粒生长机制及其随稀土掺杂剂添加的变化。研究结果显示ZnVMnNbO基压敏陶瓷的晶粒生长指数随着镧铈稀土半成品热分解产物掺杂量的变化,从2.39增加到2.95,晶粒生长激活能从186 KJ/mol增加到263KJ/mol。未掺杂镧铈稀土半成品热分解产物的陶瓷在所研究条件下晶粒生长主要受ZnO晶粒和富V液相的相界反应和ZnMn2O4颗粒的钉扎效应共同控制。掺杂镧铈稀土半成品热分解产物陶瓷样品中的晶粒生长还进一步受到Ce（La）VO4颗粒相及由其造成的Zn3（VO4）2液相含量减少因素的共同阻碍。最后,镧铈纯稀土混合物掺杂样品与稀土热分解镧铈复合稀土掺杂样品的物相组成一致,晶粒尺寸大小和相对密度相差不大。但是电性能研究显示:镧铈纯稀土混合物掺杂陶瓷样品的非线性系数为45.0,压敏电压为577 V/mm,漏电流密度为107μA/cm2,整体上镧铈纯稀土混合物掺杂样品的非线性特性略低。因此,本论文不仅证明了可以利用这种中间产品的镧铈稀土半成品来制备出高非线性系数的ZnVMnNbO基压敏陶瓷,而且也为类似稀土半成品在其它高性能功能陶瓷制备领域中的应用提供借鉴。