氧化锌压敏陶瓷中Zn7Sb2O12尖晶石相的合成与电性能研究
ZnO压敏陶瓷电阻的工作原理是基于电阻值与外加电压成显著的伏安非线性特性，即当电压低于某一临界值时，压敏陶瓷材料的阻值非常高，相当于绝缘体，当电压超过这一临界值时，电阻急剧减小，接近于导体，氧化锌压敏陶瓷电阻其非线性特性，可用公式I=KVα表示，其中α是非线性系数，用来表征压敏陶瓷电阻器的非线性特性，因为这种效应的存在，被广泛应用于电力系统和电子系统的过电压保护器件, 用于吸收电涌能量，防止电涌对电子设备或系统的破坏[1]。工业上大量使用的压敏功能陶瓷材料是以ZnO为主体, 通过掺杂Bi、Sb、Co、Mn等高化合价元素改性的烧结体材料, 电流-电压非线性特性是由陶瓷材料特殊的微观结构产生的[1]。理论研究和实践都证明掺入杂质偏析在ZnO陶瓷晶界面构成多晶结构,掺入杂质的量和在ZnO晶粒界面分布均匀性是影响ZnO压敏功能陶瓷材料电性能的重要因素之一[2]。
Sb2O3是 ZnO-Bi2O3基压敏电阻陶瓷原料组成中的常见掺杂氧化物，它在陶瓷材料中的引入可同时影响陶瓷材料的结构和性能。在结构方面，Sb2O3陶瓷在烧结过程中从500℃开始挥发，随后凝结在ZnO晶粒表面形成非晶薄膜阻碍传质，900℃后通过与ZnO反应生成ZnSb尖晶石相颗粒，继续对ZnO陶瓷晶界进行“钉扎”，从而起到细化晶粒的作用, 能抑制和匀化晶粒的发育，提高压敏陶瓷电阻元件的通流容量, 但往往也提高了电位梯度[3,4]。Sb2O3在氧化锌陶瓷在生长过程中, 有焦绿石相 (Zn2BiSb4O14 )和尖晶石相 (Zn7Sb2O12 )存在，其中焦绿石相可能是阻止晶粒生长的主要原因, 焦绿石相稳定存在的温区 (700-900℃)，晶粒没有明显的生长，而在900℃以后，Zn2BiSb4O14相转化为Zn7Sb2O12相，晶粒才有明显生长,Zn7Sb2O12是所有氧化锌压敏电阻中常见的次晶相，可通过形成液相促进烧结[5,6]。因此Zn7Sb2O12陶瓷的结构和电学特性非常重要, 近年来有关Zn7Sb2O12陶瓷电气特性的数据比较零散, 很少受到关注。本文试图通过化学共沉淀技术合成锌锑尖晶石Zn7Sb2O12陶瓷氧化物，并详细研究Zn7Sb2O12粉末和陶瓷的结构和电气性能。研究了不同陶瓷煅烧温度对合成的Zn7Sb2O12尖晶石陶瓷材料的结构和电学性能的影响。
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