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關(guān)于高性能氧化鋅電阻片的研究進(jìn)展探究

點(diǎn)擊次數(shù):52284 更新時(shí)間:2017-01-07 11:56:31?? ??來源:http://www.mattressmerced.com/ 【關(guān)閉
一、ZnO電阻片的導(dǎo)電原理研究進(jìn)展 
  氧化鋅電阻閥片的導(dǎo)電原理屬于基礎(chǔ)理論研究,國內(nèi)外對于氧化鋅壓敏陶瓷的研究時(shí)間長達(dá)三十年,期間,取得了豐碩的研究成果。表1列出了ZnO電阻閥片導(dǎo)電原理的研究狀況。 
  上個(gè)世紀(jì)五六十年代,日本率先研究氧化鋅壓敏電阻片導(dǎo)電原理,到目前為止,雪崩擊穿原理、Schottky原理和兩步傳輸理論被比較廣泛地提及和應(yīng)用。 
  雪崩擊穿原理,取“雪崩”之名,在于強(qiáng)調(diào)其如雪崩一樣綿綿不絕。當(dāng)單個(gè)電子從陰極走向陽極時(shí),在電場強(qiáng)度足夠大的情況下,單個(gè)電子與晶體原子相互碰撞,產(chǎn)生新的電離子,然后這兩個(gè)電子在走向陽極的過程中又與其他晶體原子相撞,產(chǎn)生其他電子,循環(huán)下去,電子就會(huì)像雪崩似的綿綿不絕地增加。這個(gè)原理與中國道家的“道生一,一生二,二生三,三生萬物”相似。 
  Schottky勢壘原理研究者很多,也被大多數(shù)人廣為接受。圖2為金屬與n型半導(dǎo)體形成的肖特基勢壘圖。肖特基勢壘指的是擁有整流特性的金屬-半導(dǎo)體接觸,它與具有歐姆接觸的絕緣層的空間限制電流不同,空間限制電流不具有整流性。這項(xiàng)原理的應(yīng)用技術(shù)在氧化鋅電阻片的保護(hù)和穩(wěn)壓功能方面具有很好的效用。 
  兩步傳輸理論的基礎(chǔ)是雙耗盡層模型,它強(qiáng)調(diào)電子分兩步進(jìn)行的傳輸。第一步的傳輸途經(jīng)是由氧化鋅晶粒到界面層,第二步的途經(jīng)是由界面層傳到其他的晶粒。與普通半導(dǎo)體導(dǎo)電不同,這種導(dǎo)電方式是雙向的,不受正負(fù)電極約束,其優(yōu)點(diǎn)是可以承受較大電流密度的電流沖擊,響應(yīng)速度納秒級,可以實(shí)現(xiàn)通斷時(shí)間與過電壓或者雷電沖擊時(shí)間同步,這一顯著優(yōu)勢奠定了氧化鋅電阻片在高低壓輸電線路、電站、及其它電氣設(shè)備最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的保護(hù)地位,這個(gè)理論目前仍在不斷研究中。 
  二、ZnO電阻片的劣化原理 
  氧化鋅電阻片避雷器在現(xiàn)實(shí)中處于連續(xù)不間斷的運(yùn)作當(dāng)中,其氧化鋅電阻片隨著時(shí)間或其他原因的影響,電氣性能會(huì)慢慢降低劣化。電氣性能降低的后果會(huì)造成電流泄漏,對地短路,危機(jī)系統(tǒng)安全運(yùn)行,人民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到威脅。 
  氧化鋅電阻片的劣化原理包括離子遷移理論、偶極子極化理論、電子陷阱理論、氧氣解析理論等。其中,離子遷移理論被大多數(shù)人所信服。 
  離子遷移理論是由Eda等人提出,這一理論被這一領(lǐng)域的大多數(shù)學(xué)者贊同。其基礎(chǔ)在于受到中和的界面能使得肖特基勢壘高度下降,氧化鋅電阻片的電氣性能受到劣化。界面能受到中和的原因是Zn2+ 受到外部場力作用想界面遷移。此理論雖然較為完善地揭示了氧化性電阻閥片的劣化原理,但仍然具有缺陷,對于此,又有人提出線性鏈理論,完善了離子遷移理論。 
  電子陷阱理論是由Sato 等人1983年發(fā)現(xiàn),這一理論與Eda等人提出的離子遷移理論完全不同。陷阱電子的濃度減少會(huì)使得界面兩邊的勢壘發(fā)生形狀上的變化,這種變化呈非對稱性。 
  Ezhilvalavan在研究中發(fā)現(xiàn),氧化性電阻片的老化對于氧的依耐性很高,氧濃度越低,老化的程度越高。這一理論具有一定的突破性。 
  上述幾種理論從自身不同的角度出發(fā),合理地解釋了自己理論的正確性,但到目前為止,一個(gè)完全正確的理論仍然待有后人提出。 
  三、ZnO電阻片的制造工藝 
  1.氧化鋅電阻片的制造工藝主要包括的三個(gè)步驟,依次為粉體的制備、燒成工藝、磨片、電極制備工藝 
  氧化鋅粉體是電阻片的基礎(chǔ),提高氧化鋅粉體的性能對電阻片性能的提高具有重要作用。目前為止,氧化鋅粉體的傳統(tǒng)制造工藝有固相法、機(jī)械混合法,這兩種方法的設(shè)備比較簡單,但制成的粉體不滿足現(xiàn)代電阻片的要求。現(xiàn)在最常見的方法有燒成法、噴霧熱解法、溶液蒸發(fā)法、膠體間接合成法、化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法、液相包覆法等。其中,燒成法的粉體單位產(chǎn)量較低,無法在工業(yè)生產(chǎn)中推廣與應(yīng)用。噴霧熱解法在科學(xué)研究中具有一定價(jià)值,在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中也很少利用。納米技術(shù)的應(yīng)用對于提高氧化鋅粉體的質(zhì)量與產(chǎn)量十分重要。溶膠-凝膠法、溶液蒸發(fā)法等都屬于納米技術(shù)的一種,納米技術(shù)制備氧化鋅可分為化學(xué)方法和物理方法,化學(xué)合成法制造的粉體原料比較均勻,物理方法的制制成體則比較粗糙。無論用何種方法制造粉體,在工業(yè)生產(chǎn)中都各有其優(yōu)劣,制造者要因需衡量。 
  2.制造工藝 
 ?。?)按照配方比例,將氧化鉍、氧化鈷、氧化銻、氧化鉻、氧化錳、氧化鎳(或亞鎳)、氧化硅等金屬氧化物進(jìn)行精確稱量并復(fù)核,確保配方比例準(zhǔn)確無誤; 
 ?。?)將配比準(zhǔn)確的添加物、純凈水按照一定比例倒入攪拌球磨機(jī),啟動(dòng)攪拌球磨及循環(huán),以保證添加物均勻性,要求添加物、球磨至一定的顆粒度,并符合正態(tài)分布; 
 ?。?)按照固體含量63--66%比例計(jì)算純水加入量,依次按要求加入PVA溶液、分散劑溶液及其它輔助化工原料,進(jìn)行漿料混合,時(shí)間要足夠,以保證配方比例準(zhǔn)確性,可以通過某種材料(如氧化鉍)在不同位置取出樣品,測定其含量是否一致的方法來確認(rèn)混合時(shí)間,做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用; 
  (4)控制含水比例,存放時(shí)間來保證成型過程壓力傳遞均勻,以達(dá)到控制電阻片成型坯體密度一致; 
  (5)控制排膠、燒成及熱處理溫度曲線及推進(jìn)速度,實(shí)現(xiàn)氧化鋅電阻片陶瓷半導(dǎo)化導(dǎo)電機(jī)制的形成; 
 ?。?)磨片、涂釉及噴鋁電極制備用來保證兩個(gè)端面平行并平整,側(cè)面絕緣水平得到進(jìn)一步提高,電極接觸良好,能夠完整體現(xiàn)電阻片產(chǎn)品本身固有的各項(xiàng)電氣參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。 
  3.檢測 
 ?。?)2mS方波測試用耐受試驗(yàn) 
  按照技術(shù)要求,對所有電阻片產(chǎn)品進(jìn)行正反向各一次2mS方波電流沖擊試驗(yàn),通過該試驗(yàn)的合格中,選取電壓值最高的5片進(jìn)行耐受試驗(yàn),試驗(yàn)方法依據(jù)GB11032-2010相關(guān)條款進(jìn)行,此方法用于檢查工藝可行性及產(chǎn)品可靠性。 
  (2)8/20μS雷電沖擊試驗(yàn) 
  按照技術(shù)要求,對所有電阻片產(chǎn)品進(jìn)行正反向各一次8/20μS雷電沖擊試驗(yàn),以檢查該電阻片產(chǎn)品對于雷電流及過電壓保護(hù)水平,確認(rèn)其適用于相應(yīng)等級避雷器。 
  四、結(jié)語 
  高性能的氧化性電阻片避雷器在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)生活中具有舉足輕重的地位,它對維護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全起著關(guān)鍵作用。ZnO電阻閥片的導(dǎo)電原理、劣化原理研究進(jìn)展迅速,其粉體制備、燒結(jié)工藝和磨片工藝也在不斷進(jìn)步。未來的氧化鋅電阻閥片的發(fā)展趨勢將要朝著電位高梯度、高性能、老化率低的方向發(fā)展。
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