环形压敏电阻器的研究与制备
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摘要
SrTiO_3多功能陶瓷压敏电阻器具有可克服ZnO压敏电阻器不足之处的多种电气功能。它所具有的吸收高频噪声、前沿快脉冲上升噪声及自复位功能，使其在电源输入端、吸收电感性负载开关浪涌电压、保护双向可控开关器件、旁路电容器、微型电机等方面有着广泛的用途。
本论文的研究主要包括两部分，第一部分为使用溶胶-凝胶法和固相合成法制备钛酸锶粉体材料。第二部分是在制备的钛酸锶粉体材料的基础上，通过掺杂施主、受主离子对钛酸锶材料进行半导化，制备电容-压敏双功能器件，并对两种方法制备的元件性能分析比较。
首先，分别采用溶胶-凝胶法和固相合成法，制备出钛酸锶粉体材料。用溶胶-凝胶法制备钛酸锶粉体材料中研究了搅拌时间、凝胶时间、凝胶温度、煅烧温度等工艺参数对制备钛酸锶粉体材料的影响。用固相合成法制备钛酸锶粉体材料中研究了Ti/Sr比、研磨方法对制备钛酸锶粉体材料的影响。
然后，在制备的钛酸锶粉体材料的基础上，采用传统的陶瓷工艺制备SrTiO_3基电容-压敏双功能陶瓷器件。在SrTiO_3基双功能陶瓷的制备中，最关键的是晶粒生长、晶粒半导化和晶界绝缘化。SrTiO_3晶粒生长和半导化受到多种因素的影响，诸如掺杂剂的种类和含量、Ti/Sr比、烧结温度等，这些因素是相互影响、相互作用的。因此，本文对这些影响因素进行了研究。
最后，采用XRD、SEM等测试分析手段，对实验样品进行检测分析。
Multifunction SrTiO3 ceramic varistor has the advantages over ZnO varistor in many electric function . It's high-frequence noise absorption, absorption of noise caused by rapid rise of front and self-reset function have widespread application in imput of supply ,for absorption of inductive load switching surge voltage and for protection of two-way thyristor switching device ,bypass capacitors ,micro-machines and the others.
Research of this thesis include two parts mainly, first part include the preparation of SrTiO3 powder materials by sol-gel process and solid phase synthesis process. The second part , on the base of strontium titanate powder materials prepared , SrTiO3-based capacitor-varistor double function ceramic were fabricated by the conventional ceramic process.
First of all, prepare SrTiO3 powder materials by sol-gel process and solid phase synthesis process. Stir time, gel time, gel temperature, heat treat temperature and so on are researched in sol-gel process. The method of grind, Ti/Sr ratio are researched in solid phase synthesis process.
Second, on the base of strontium titanate powder materials prepared , SrTiO3-based double function ceramic were fabricated by the conventional ceramic process. For SrTiO3-based double function ceramic, it is well know that the suitable grain size, the semiconducting of grain and the insulating of grain boundary are important keys. The growth and semiconducting of grains are influenced by a lot of factors , such as the type and contents of dopants , Ti/Sr ratio , sintering temperature and so on . All of the above factors are relevant and restricted with each growth . Therefore, in this paper the effect of the above factors were studied .
Finally, the sample was characterized by XRD,SEM methods.
本论文的研究主要包括两部分，第一部分为使用溶胶-凝胶法和固相合成法制备钛酸锶粉体材料。第二部分是在制备的钛酸锶粉体材料的基础上，通过掺杂施主、受主离子对钛酸锶材料进行半导化，制备电容-压敏双功能器件，并对两种方法制备的元件性能分析比较。
首先，分别采用溶胶-凝胶法和固相合成法，制备出钛酸锶粉体材料。用溶胶-凝胶法制备钛酸锶粉体材料中研究了搅拌时间、凝胶时间、凝胶温度、煅烧温度等工艺参数对制备钛酸锶粉体材料的影响。用固相合成法制备钛酸锶粉体材料中研究了Ti/Sr比、研磨方法对制备钛酸锶粉体材料的影响。
然后，在制备的钛酸锶粉体材料的基础上，采用传统的陶瓷工艺制备SrTiO_3基电容-压敏双功能陶瓷器件。在SrTiO_3基双功能陶瓷的制备中，最关键的是晶粒生长、晶粒半导化和晶界绝缘化。SrTiO_3晶粒生长和半导化受到多种因素的影响，诸如掺杂剂的种类和含量、Ti/Sr比、烧结温度等，这些因素是相互影响、相互作用的。因此，本文对这些影响因素进行了研究。
最后，采用XRD、SEM等测试分析手段，对实验样品进行检测分析。
Multifunction SrTiO3 ceramic varistor has the advantages over ZnO varistor in many electric function . It's high-frequence noise absorption, absorption of noise caused by rapid rise of front and self-reset function have widespread application in imput of supply ,for absorption of inductive load switching surge voltage and for protection of two-way thyristor switching device ,bypass capacitors ,micro-machines and the others.
Research of this thesis include two parts mainly, first part include the preparation of SrTiO3 powder materials by sol-gel process and solid phase synthesis process. The second part , on the base of strontium titanate powder materials prepared , SrTiO3-based capacitor-varistor double function ceramic were fabricated by the conventional ceramic process.
First of all, prepare SrTiO3 powder materials by sol-gel process and solid phase synthesis process. Stir time, gel time, gel temperature, heat treat temperature and so on are researched in sol-gel process. The method of grind, Ti/Sr ratio are researched in solid phase synthesis process.
Second, on the base of strontium titanate powder materials prepared , SrTiO3-based double function ceramic were fabricated by the conventional ceramic process. For SrTiO3-based double function ceramic, it is well know that the suitable grain size, the semiconducting of grain and the insulating of grain boundary are important keys. The growth and semiconducting of grains are influenced by a lot of factors , such as the type and contents of dopants , Ti/Sr ratio , sintering temperature and so on . All of the above factors are relevant and restricted with each growth . Therefore, in this paper the effect of the above factors were studied .
Finally, the sample was characterized by XRD,SEM methods.
引文
[1] Gupta T K. Application of zinc oxide varistor. J Am Ceram Soc. 1990.73(7):1817-1840
[2] Nubutasu Yamaoka. SrTiO_3-based Boundary-Layer Capacitor. Am Ceram Soc Bull, 1986, 65(8):1149～1152.
[3] 徐庆，陈文，周静等SrTiO_3系电容-压敏复合功能陶瓷的研究进展，材料导报，1997，11(1)：38-39．
[4] 金泽龙．重要的电子陶瓷功能元件-钛酸锶压敏电阻应用与发展．零部件．1998．2．28-29．
[5] 陈贞亮，杨金贤．纳米碳酸锶及其系列功能材料研究概述．盐湖研究，1999，7(2)：50-58．
[6] 孙献忠，赵景畅，鲍慈光，杨宗璐．钛酸锶缺陷化学研究进展．云南化工，1997，2：9-12。
[7] 雷廷恒．高纯超细钛酸锶的研制．无机盐工业，1999，(1)：11-13．
[8] A V LOMAROV et al. Self-propagating high-temperature synthesis of SrTiO_3 and Sr_xBa_yTiO_3(x+y=1). Journal of Materials Science, 1996, 31:5033-5037.
[9] 周世平．草酸盐共沉淀法制备钛酸锶粉末．电子元件与材料，1989，8(5)：34-36．
[10] 唐育英等．高纯、超细SrTiO_3粉料的研制．无机材料学报，1987，2(4)：367-370．
[11] 王光信等．均分散胶体的研究(Ⅳ)-钛酸锶均分散粒子的制备．高等学校化学学报，3(5)：682-683．
[12] 徐明霞等．分步沉淀法合成单分散超细钛酸锶晶粒．应用化学，1998，15(1)：37-40．
[13] 牛新书等．硬脂酸溶胶-凝胶法合成SrTiO_3纳米晶．河南师范大学学报(自然
科学版)，1997，25(4)：56—60．
[14] 李金良等．改性SrTiO_3陶瓷电容器材料的化学制备及电性研宏．无机化学学报，1995，11(1)：35-39．
[15] M.N. Kamalasanan, N. DeepakKumar, SubhasChandra. Structural, optical, and dielectric properties of sol-gel derived SrTiO_3 thin films. J. Appl. Phys, 1993,74(1):679-685.
[16] R. WURM, O. DERNOVSEK, P. GREIL. Sol-Gel derived SrTiO_3 and SrZrO_3 coating on SiC and C-fibers. Journal of Materials Science, 1999,34:4031-4034.
[17] 黄传真，艾兴，侯志刚等 溶胶-凝胶法的研究和应用现状．材料导报，1997，11(3)：8-9．
[18] 陈贞亮，王政存，申承民等．溶胶-凝胶法制备纳米钛酸锶．功能材料，1999，30(6)：633～635．
[19] 周东祥，张绪礼，车标荣．半导体陶瓷及应用．华中理工大学出版社，1991年6月第一版：204—206．
[20] 朱俊鑫．SrTiO_3陶瓷变阻器．压电与声光，1992，14(2)：22-27．
[21] 王文生．电子元件与材料．多功能SrTiO_3压敏点竹器及其应用，1996．12．7-12．
[22] 肖鸣山，庄得新，陈洪存．SrTiO_3基陶瓷多功能变阻器的研制．压电与声光，1993，15(3)；51-5．
[23] LARRY L. HENCH, JON K. WEST. The Sol-Gel Process. Chem. ROV, 1999.90:33-68.
[24] 赵苏串，魏敏敏．溶胶-凝胶法制备掺铌的SrTiO_3薄膜．电子元件与材料，2000，19(1)：5-6．
[25] Yan Xiuru, Wang Junzhen, Wang JianPin, Hu Mingliang, Zeng Shunlan. The Preparation of Perovskite Type Strontium titianate by Sol-Gel Process. Transactions of Tianjin University, 1995,1(2):139-144.
[26] 王雪文，张志勇等 用溶胶-凝胶法制备SrTiO_3纳米薄膜材料．西北大学学报(自
然科学版)，2000，30(5)：400-402．
[27] 周祖康，顾惕人，马季铭．胶体化学基础．北京大学出版社，1987．
[28] 庄严，王东民．钛酸锶压敏电阻器在直流电机消噪中的应用．微特电机，2000，4：31-33．
[29] 王克龙，曹全喜，周晓华等 双功能陶瓷和元件．功能材料，1998，29(3)：229-231．
[30] Fullmoto M, el al. J Am Ceram Soc, 1985, 68(11):300.
[31] Dicken P.C., Kay S.A., Solid State Tonics, 1980, 1:151.
[32] Tetsuzo Yoshimura et al., Jpn. J. Appl. Phys., 1983, 21(1): 152.
[33] Tetsuzo Yoshimura et al., Jpn. J. Appl. Phys., 1983, 22(1): 157.
[34] Oi T., Ki miyaudhi, Marer. Res. Buil. 1986, 16:1281.
[35] 曹全喜，周晓华，蔡式东等 SrTiO_3陶瓷中掺杂和Ti／Sr比的配合，功能材料，1995，26(5)：439-441．
[36] 李建英，李盛涛，庄严等SrTiO_3双功能陶瓷中TiO_2掺杂的作用．压电与声光，22(1)：46-48．
[37] J.H. Jeon, J. J. Je, S. L. Kang, J. Am, Ceram. Soc., 1998, 81(3):624.
[38] N. Wilcox, V. Ravilkumar, R. P. Rodrigues, Solid State Ionics, 1995(75):127.
[39] 李建英，李盛涛，庄严．SrTiO_3双功能陶瓷的施主掺杂研究．材料研究学报，2000，14(2)：193-197．
[40] 沈继耀等．电子陶瓷．北京：国防工业出版社，1979，243．
[41] 周东祥、龚树萍．PTC材料及应用(武汉，华中理工大学出版社，1989)p67．
[42] S. Shirasaki, H. Yamamura, H. Haneda, J. Chem. Phys., 1980, 73(9): 4640.
[43] M.J. Akhtar, Z, Akhtar, R.A. Jackon, J. Am. Ceram. Soc.,1995,78(2): 421.
[44] 熊本大学工学部研究报告，昭和46年1期20卷：26-32．
[45] 陈穷．电磁兼容性工程设计手册．北京国防工业出版社，1993．
[46] 孔令兵，张良莹，姚嘉．低压压敏电阻器材料与应用．功能材料，1998，29(3)：232-235．
[47] 陈茹池．录音机用的电机消噪压敏电阻器的设计与制造．电子元件与材料，1983，(3)：21-25．
[48] 裴光衣，钟维烈，岳光彬．单晶、多晶和非晶物质的X射线衍射．山东大学出版社，1989，375-380．
[49] 苗春省．X射线定量相分析方法及应用．地质出版社，1988，12-19．
[50] 王晋．溶胶—凝胶法制备纳米钛酸锶材料及双功能器件，硕士论文，2002，6．
[2] Nubutasu Yamaoka. SrTiO_3-based Boundary-Layer Capacitor. Am Ceram Soc Bull, 1986, 65(8):1149～1152.
[3] 徐庆，陈文，周静等SrTiO_3系电容-压敏复合功能陶瓷的研究进展，材料导报，1997，11(1)：38-39．
[4] 金泽龙．重要的电子陶瓷功能元件-钛酸锶压敏电阻应用与发展．零部件．1998．2．28-29．
[5] 陈贞亮，杨金贤．纳米碳酸锶及其系列功能材料研究概述．盐湖研究，1999，7(2)：50-58．
[6] 孙献忠，赵景畅，鲍慈光，杨宗璐．钛酸锶缺陷化学研究进展．云南化工，1997，2：9-12。
[7] 雷廷恒．高纯超细钛酸锶的研制．无机盐工业，1999，(1)：11-13．
[8] A V LOMAROV et al. Self-propagating high-temperature synthesis of SrTiO_3 and Sr_xBa_yTiO_3(x+y=1). Journal of Materials Science, 1996, 31:5033-5037.
[9] 周世平．草酸盐共沉淀法制备钛酸锶粉末．电子元件与材料，1989，8(5)：34-36．
[10] 唐育英等．高纯、超细SrTiO_3粉料的研制．无机材料学报，1987，2(4)：367-370．
[11] 王光信等．均分散胶体的研究(Ⅳ)-钛酸锶均分散粒子的制备．高等学校化学学报，3(5)：682-683．
[12] 徐明霞等．分步沉淀法合成单分散超细钛酸锶晶粒．应用化学，1998，15(1)：37-40．
[13] 牛新书等．硬脂酸溶胶-凝胶法合成SrTiO_3纳米晶．河南师范大学学报(自然
科学版)，1997，25(4)：56—60．
[14] 李金良等．改性SrTiO_3陶瓷电容器材料的化学制备及电性研宏．无机化学学报，1995，11(1)：35-39．
[15] M.N. Kamalasanan, N. DeepakKumar, SubhasChandra. Structural, optical, and dielectric properties of sol-gel derived SrTiO_3 thin films. J. Appl. Phys, 1993,74(1):679-685.
[16] R. WURM, O. DERNOVSEK, P. GREIL. Sol-Gel derived SrTiO_3 and SrZrO_3 coating on SiC and C-fibers. Journal of Materials Science, 1999,34:4031-4034.
[17] 黄传真，艾兴，侯志刚等 溶胶-凝胶法的研究和应用现状．材料导报，1997，11(3)：8-9．
[18] 陈贞亮，王政存，申承民等．溶胶-凝胶法制备纳米钛酸锶．功能材料，1999，30(6)：633～635．
[19] 周东祥，张绪礼，车标荣．半导体陶瓷及应用．华中理工大学出版社，1991年6月第一版：204—206．
[20] 朱俊鑫．SrTiO_3陶瓷变阻器．压电与声光，1992，14(2)：22-27．
[21] 王文生．电子元件与材料．多功能SrTiO_3压敏点竹器及其应用，1996．12．7-12．
[22] 肖鸣山，庄得新，陈洪存．SrTiO_3基陶瓷多功能变阻器的研制．压电与声光，1993，15(3)；51-5．
[23] LARRY L. HENCH, JON K. WEST. The Sol-Gel Process. Chem. ROV, 1999.90:33-68.
[24] 赵苏串，魏敏敏．溶胶-凝胶法制备掺铌的SrTiO_3薄膜．电子元件与材料，2000，19(1)：5-6．
[25] Yan Xiuru, Wang Junzhen, Wang JianPin, Hu Mingliang, Zeng Shunlan. The Preparation of Perovskite Type Strontium titianate by Sol-Gel Process. Transactions of Tianjin University, 1995,1(2):139-144.
[26] 王雪文，张志勇等 用溶胶-凝胶法制备SrTiO_3纳米薄膜材料．西北大学学报(自
然科学版)，2000，30(5)：400-402．
[27] 周祖康，顾惕人，马季铭．胶体化学基础．北京大学出版社，1987．
[28] 庄严，王东民．钛酸锶压敏电阻器在直流电机消噪中的应用．微特电机，2000，4：31-33．
[29] 王克龙，曹全喜，周晓华等 双功能陶瓷和元件．功能材料，1998，29(3)：229-231．
[30] Fullmoto M, el al. J Am Ceram Soc, 1985, 68(11):300.
[31] Dicken P.C., Kay S.A., Solid State Tonics, 1980, 1:151.
[32] Tetsuzo Yoshimura et al., Jpn. J. Appl. Phys., 1983, 21(1): 152.
[33] Tetsuzo Yoshimura et al., Jpn. J. Appl. Phys., 1983, 22(1): 157.
[34] Oi T., Ki miyaudhi, Marer. Res. Buil. 1986, 16:1281.
[35] 曹全喜，周晓华，蔡式东等 SrTiO_3陶瓷中掺杂和Ti／Sr比的配合，功能材料，1995，26(5)：439-441．
[36] 李建英，李盛涛，庄严等SrTiO_3双功能陶瓷中TiO_2掺杂的作用．压电与声光，22(1)：46-48．
[37] J.H. Jeon, J. J. Je, S. L. Kang, J. Am, Ceram. Soc., 1998, 81(3):624.
[38] N. Wilcox, V. Ravilkumar, R. P. Rodrigues, Solid State Ionics, 1995(75):127.
[39] 李建英，李盛涛，庄严．SrTiO_3双功能陶瓷的施主掺杂研究．材料研究学报，2000，14(2)：193-197．
[40] 沈继耀等．电子陶瓷．北京：国防工业出版社，1979，243．
[41] 周东祥、龚树萍．PTC材料及应用(武汉，华中理工大学出版社，1989)p67．
[42] S. Shirasaki, H. Yamamura, H. Haneda, J. Chem. Phys., 1980, 73(9): 4640.
[43] M.J. Akhtar, Z, Akhtar, R.A. Jackon, J. Am. Ceram. Soc.,1995,78(2): 421.
[44] 熊本大学工学部研究报告，昭和46年1期20卷：26-32．
[45] 陈穷．电磁兼容性工程设计手册．北京国防工业出版社，1993．
[46] 孔令兵，张良莹，姚嘉．低压压敏电阻器材料与应用．功能材料，1998，29(3)：232-235．
[47] 陈茹池．录音机用的电机消噪压敏电阻器的设计与制造．电子元件与材料，1983，(3)：21-25．
[48] 裴光衣，钟维烈，岳光彬．单晶、多晶和非晶物质的X射线衍射．山东大学出版社，1989，375-380．
[49] 苗春省．X射线定量相分析方法及应用．地质出版社，1988，12-19．
[50] 王晋．溶胶—凝胶法制备纳米钛酸锶材料及双功能器件，硕士论文，2002，6．
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