ZnO压敏电阻器的致密化

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【摘 要】Zn0压敏陶瓷添加剂的含量研究是Zn0压敏陶瓷研究一薄弱环节。本文在同一实验条件下，探讨不同添加剂的含量对Zn0压敏陶瓷致密化过程的影响。

【关键字】Zn0；压敏电阻器；致密化

1、引言

目前，不少资料认为烧成条件对陶瓷致密化和晶粒生长有着至关重要的影响[1-2]。文献表明[3]，坯体的成型密度对陶瓷的致密化有直接的影响，对晶粒生长却没有明显影响。贾广平、郭亚平[4]提出提高Zn0压敏陶瓷生坯密度，不仅能加快致密化过程，而且能促进晶粒生长，提高了Zn0晶粒生长速率，同时使Zn0晶粒起始生长温度降低；北京科技大学特种陶瓷粉末冶金研究室的张文峰等[5]研究了埋粉烧结对BaTi03陶瓷致密度的影响。许多学者研究了Zn0压敏陶瓷的烧成条件，而其添加剂的含量研究是一薄弱环节。本文在同一实验条件下，探讨不同添加剂的含量对Zn0压敏陶瓷致密化过程的影响。

2、实验方法

实验以Zn0为主体，添加其他金属氧化物（Bi2O3、PbO、SnO2、MnO2、Co2O3），采用共沉淀法得到复合粉体沉淀。陈化一段时间后将所得沉淀物洗涤过滤，在100OC下烘干2-3h，研磨后600oC煅烧2h。将煅烧后粉体压制成圆片（直径15mm，厚度约1mm），经950oC烧结后计算其收缩率，密度。

3、结果与讨论

陶瓷体烧结过程中液相的作用

在液相烧结过程中，除了烧结温度，烧结时间等对其烧结体的烧结密度起决定作用外，液相的含量也直接影响着致密化过程。考察了950oC温度范围内液相的多少对致密化程度的影响（Bi2O3和PbO的熔点都比较低，在烧结过程中均形成液相，因此我们只考察Bi2O3就可以了），其它掺杂氧化物含量不变，Bi2O3的含量为0.5%，0.8%，1.0%，1.3%，1.5%，2.0%（为摩尔含量）。由于陶瓷体的体积收缩率与线收缩率之间存在如下的关系：

而测定陶瓷体直径的相对误差要比测定厚度的小，因此采用测定陶瓷体的直径来计算收缩率，即，式中为生坯的直径，为陶瓷体烧结前后的直径差。

图是950oC温度下陶瓷体收缩率与掺杂氧化物Bi2O3含量的关系。由图可知，掺杂氧化物含量不同时其收缩率有很大差别。在相同的条件下，随着掺氧化物Bi2O3量的增加，其收缩率迅速增加。大约在1.3%一1.7%范围内，其陶瓷体的收缩率最大，掺杂氧化物的含量大于1.7%后，其陶瓷体的收缩率随其含量的增加而逐渐减小。造成这种现象的原因是掺杂氧化物的含量不同在烧结过程中会出现不同的液相量，从而导致液相烧结过程中存在于Zn0颗粒之间的作用力不同所引起的。

在液相烧结过程中，烧结的动力来源于液相的毛细管作用力和液相的表面张力。Paned Z[6]的研究表明：这种动力与液相的多少有直接关系。因为，假如固体颗粒为球形的，液相的生成量决定着颗粒之间毛细管力的大小和液相的表面张力。在其它条件不变时，随着坯体内液相量由小到大变化，其作用力先是升高，到达最大值后又逐渐减小，且这种变化随着颗粒间的距离不同而不同，但变化的规律是不变的。

因此，液相量的多少对其烧结体收缩率的影响是通过颗粒间的作用力的大小来起作用的，而这种颗粒之间的作用力与液相量或者掺杂氧化物的含量有直接的关系，其中有一个最佳含量，液相量多了或者少了，都会导致同样条件下的烧结率降低。从本实验的结果可以看出，掺杂氧化物Bi2O3的含量在1.5%时，烧结体的收缩率较大。

用物理天平称量烧结前后的纳米Zn0压敏陶瓷片的重量测其失重率、致密度如表1所示。纯的zno的理论密度ρ理论=5.6g/cm3，因此计算瓷体的致密度可表示为R=ρ/ρ理论，ρ为ZnO陶瓷片的密度。

可以看出，随Bi浓度的升高，纳米粉体制备的压敏陶瓷片的失重率开始时变化不是不明显，当浓度超过1.0% mol后失重率变大。这是由于随着Bi2O3浓度的升的高液相增多，这也是致密度增大的原因。但掺入过多的Bi2O3时，在烧结过程中会使低熔点的Bi2O3大量的挥发产生气孔，从而使失重率增加，致密度下降。

4、结论

液相的生成对坯体的收缩率、致密度等有很大的影响，在950oC这个烧结温度条件下，掺有其它氧化物的含量不变，随着Bi浓度的增加，Zn0压敏电阻器坯体的收缩率增加，当Bi的含量超过1.5% mol之后的坯体的收缩率又减小。收缩率最大是掺杂氧化物量在1.0%-1.3%范围内。