成长的回眸
硼酸的掺入量对ZnO压敏电阻性能的影响
Effects of Boric acid doping contect on varistor properties of ZnO
肖文华
汕头市鸿志电子有限公司汕头515041
摘要：采用固相法制备ZnO压敏电阻，以典型的七元系压敏配方为基础，通过改变硼酸的掺入量来考察其对ZnO压敏电阻电性能和通流能力的影响。结果表明：随着硼酸掺入量的增加，压敏电压逐渐降低，漏电流减小。掺硼的样品，热处理效果更显著。
关键词：ZnO压敏电阻硼酸掺入量电性能通流能力
1 引言
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霍建华等[1]在研制中压料时，在配方中加入了0.2-0.8mol%的硼酸（折合重量百分比不足1%），发现其可以降低电位梯度，并可改善热冲击效果，从而提高产品的耐冲击能力。通常在ZnO压敏电阻的高压配方中，硼酸的掺入量较少（有的配方是通过B2O3引入），一般是0.02-0.04wt%[2]。到目前为止，关于硼酸大量引入对高压料电性能影响的报道较少，本实验选取了0、1wt%、3wt%、5wt%的硼酸掺入量来考察其对ZnO压敏电阻电性能的影响。
2 实验
采用常用的室温固相法制备硼酸掺杂的系列样品。将电子级ZnO（纯度99.7%）与Bi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnO2、Cr2O3、Ni2O3、SiO2按设计的组分称量，加入硼酸的含量为0、1wt%、3wt%、5wt%依次标志为A、B、C、D，在行星球磨机中磨6小时，倒出烘干后加入PVA造粒，然后压制成Φ8.1×1.2 mm的圆型坯片，排胶后于1050℃烧成，保温时间240min。样品被银还原后，测试相关电学性能。
得到硼酸的最佳掺入量后（本实验为C组），将其分别置于1000、1100、1150℃烧结，保温时间都为240min，被银还原后测试相关电性能。
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3 试验结果
实验结果表明：在相同烧结温度下，随着硼酸掺入量的增加，压敏电压下降很快，梯度逐渐减小，漏电流逐渐减小；非线性系数在掺入量为3wt%时达到最大。图示如下：
图1图2 图3
3可知：C组各项性能最优，以下是其不同温度下的电压梯度和非线性系数：
由图1、2、
由图4可知：在典型七元系配方基础上，添加3wt%的硼酸在1100℃保温240min，可获
得最佳电学性能。将C组银片焊锡涂装后，标志为C-1，：另将C组银片在550℃进行热处理后焊锡涂装，标志为C-2，测试这两组的通流能力。下图为不同冲击电流下的变化率比较：
图5
4 分析和讨论
（1）由于B2O3的熔点很低（本实验通过硼酸引入），助熔效果显著，所以它能促进ZnO 晶粒的长大，使电压梯度降低。随着硼酸的掺入量增加，电位梯度逐渐减小，实验结果图1正表明了这一点。
（2）在高压体系中，硼酸对产品的非线性影响较小，几乎不会影响压比[2]。图4表明：对相同的配方，不同烧结温度，α值波动较小；在最佳烧结温度时达到最大。
（3）当硼酸掺杂量增加到3wt%时，由于压敏元件中晶粒、晶界生长充分，足够的Zn-B 化合物中B-O等不饱和键的形成，捕获电子的能力增强，界面态密度达到最大值，势垒高度达到最大值，因此漏电流最小，非线性系数达到最大值；当硼酸掺杂量大于3wt%时，ZnO 压敏电阻整体性能开始恶化，这时因为掺杂过量的B2O3与其他组分共溶，形成玻璃态混合物，严重恶化了元件中的晶粒、晶界相。
（4）热处理能在一定程度上提高压敏元件通流能力，通常认为是富铋相中β-Bi2O3向γ-Bi2O3的转变[4]。对于含硼样品，由于低熔点B-Bi玻璃相的存在，热处理时该玻璃相软化，有利于富铋相从玻璃相中析出，在热处理温度下形成稳定的γ-Bi2O3相，提高了通流能力[1]。
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5 结论
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隐蔽的近义词>入党志愿书范文模板本实验考察了硼酸的大量引入，得出在配方中掺入硼酸能够降低电压梯度，减小漏电流。当硼酸的掺入量为3wt%时，样品的非线性系数达到最大值。由于制品中存在较多的低熔点玻璃相，掺硼的样品热处理效果显著，经过热处理后的样品，相同电流冲击后变化率较小。硼酸同时具备降低电压梯度和改善热冲击效果的性能，在高压配方中引入的优势并不是很明显，反倒是在低压体系中可以考虑大量引入以改善低压元件的性能。
参考文献
[1] 霍建华，郭亚平，刘琳娜.掺硼ZnO压敏电阻的研究.传感器技术1998年第17卷第6期
[2] 平帅. 氧化锌压敏电阻的制造.防雷技术，2004年8-10月期
[3] 段雷等.SiO2掺杂量对氧化锌压敏电阻性能的影响.人工晶体学报，2009年8月第38卷增刊，215-218页
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[4] 王振林，李盛涛.氧化锌压敏陶瓷制造及应用.北京：科学出版社，2009年
