（凝聚态物理专业论文）tio2压敏陶瓷及环形元件的研究.pdf

广州i 大学硕士学位论文摘要 摘要 本学位论文是关于探索t i 0 2 压敏陶瓷用于微电机消噪的环形压敏电阻的可 行性方面的研究。该类元件不仅要求其具有伏安非线性特性，同时还应具有较大 的电容量。目前国内该类产品有s r t i 0 。系列或z n 0 系列，但前者工艺复杂，后者 不具备电容性。现有研究业已表明，t i 0 ：压敏陶瓷具有此项应用的开发潜力，极 有可能被开发成为一个新的系列。 在前期关于n 型半导化t i 0 2 陶瓷的基本特性的研究基础上，本文针对上述 具体应用。在t i 0 2 陶瓷的低压化及高介电系数改性方面进行了系统的研究。 首先，改n b 2 0 5 为t a 2 0 5 作为施主掺杂，同时调整受主s r c 0 3 、助烧剂b i 2 0 3 等的掺杂剂量，摸索出了适合于微电机消噪的低压t i 0 2 系电容一压敏复合功能 材料的优化组成配方，为进一步开发研究积累了实验经验。 其次，系统地测试了z n o 、s r t i 0 3 和t i q 不同系列的低压压敏陶瓷的j - e 特性，综合分析了这类材料的晶界导电行为，以双s c h o t t y 势垒模型为基础，明 确提出了在一般情况下( 电场不太大) ，其导电机制仍然是晶界电子热发射过程。 再次，在工艺技术方面做了大量细致的实验研究。已经探明：与传统的裸 烧工艺相比，埋烧可以降低材料参数e ，n 州，增大材料的视在介电常数er a l 适当 低的烧结温度，有利于降低材料参数e j 西叫和增大视在介电常数r 。，但同时非 线性系数d 也相应较小，较佳的烧结温度为1 2 5 0 左右。 此外，根据拟定元件形体结构和性能参数，推算出了元件的主要电性能参 数与材料参数的关系；完成了元件的设计和试制，制备出了外径驴* = 1 1 0 m m ， 内径毋。= 7 0 m m ，厚度为忙o 8 m m 的环形元件，其主要电性能参数为：极间压敏 电压n m 槲= 1 3 0 v ，非线性系数口一3 5 ，1 k h z 下极间电容仁1 3 7 n f ，1 k h z 时 的损耗t 9 5 = 0 2 7 。 关键词t i 0 。压敏陶瓷；压敏电压；非线性系数；视在介电常数；低压环形压敏 电阳 广州大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ef e a s i b i l i t yo ft i o | 2 - b a s e dr i n gv a t i s t o ru s e df o re l e c t r o m a g n e t i c n o i s ea b s o r p t i o ni nm i n i a t u r ee l e c t r o m o t o ra r em a i n l yd i s c u s s e di nt h i s t h e s i s t h i s t y p e o fv a r i s t o rh a sn o t o n l yn o n l i n e a rv o l t - a m p e r e c h a r a c t e r i s t i cb u ta l s og r e a t c a p a c i t a h o e s r t i 0 3 - - b a s e d o rz n o b a s e d v a r i 8 t o ra r et h em a i np r o d u c t si nt h i sa p p li e df i e l da tt h ep r e s e n tt i m e b u tt h em a k i n gp r o c e s so ft h ef o r m e ri sc o m p l e xa n dt h el a t t e rh a sn o t c a p a c i t a n c e a l l t h ec u r r e n tr e s e a r c h e sh a v ei n d i c a t e dt h a tt i o a - b a s e d v a r i s t o rc e r a m i c su s e di nt h i sf i e l dh a st h ep r o s p e c tt or e s e a r c h i tis v e r yp o s s i b l y t op r o d u c ean e ws e r i e so ft i o ：v a r i s t o r s b a s e do nt h ep r i m a r yr e s e a r c hw o r ka b o u tt h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c s o f n - t y p e t i 0 2s e m i c o n d u c t i n gv a t i s t o r e e r a m i e sa n da i m i n ga tt h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，t h el o w e r v o l t a g e m e a n sa n d i m p r o v i n g o nt h e d i e l e c t r i cc o n s t a n tm e a s u r e sa r es t u d i e di nt h i s t h e s i s f l r s t l y t h ed o n o ro fn b 2 0 5a r es u b s t it u t e df o rt a z 0 a n dt h ed o s eo f s r c o 。a n db i2 0 3a r ec h a n g e ds i m u l t a n e o u s l y t h eo p t i m i z e dc o m p o s i t i o no f l o w - v o l t a g et i 0 2 一b a s e dc a p a c i t o r v a r i s t o rm u l t i f u n c t i o n a lc e r a m i c sa r e a c h i e v e d i tw i l lp r o v i d ee x p e r i m e n t a le x p e r i e n c e sf o rt h ef u r t h e rs t u d y - s e c o n d l y ，t h e 卜ec h a r a c t e r i s t i c s o fz n o 、s r t i o aa n dt i 0 2 一b a s e d l o w - v e lr a g ev a r i s t o rc e r a m i c sa r et e s t e d i ns e r i e s t h eg r a i nb o u n d a r y c o n d u c t i n g b e h a v i o r so ft h i s t y p e o fm a t e r i a l sa r ea n a l y z e d c o m p r e h e n s i v e l y o nt h eb a s i s o ft h ed o u b l es c h o t t ye l e c t r o n i cb a r r i e r m o d e l ，t h e e l e c t r o nt r a n s m i t t i n gm e c h a n i s mo f t h e s em a t e r i a l sw h i c h p r i m a r i l yb e l o n g st og r a i nb o u n d a r ye l e c t r o nt h e r m a le m i t t i n gi ng e n e r a l ( u n d e r l o we l e c t r i cf i e l d ) a r ep o i n t e do u td e f i n i t e l y ， t h i r d l y a n a m o u n to fr e s e a r c hw o r k i n p r e p a r i n gp r o c e s s e s a n d t e c h n i q u e s a r ec a r r i e do u te x t e n s i v e l y c o m p a r e d w i t h t r a d i t i o n a l 堂坠兰堡主兰堡笙苎 皇! ! ! ! ! ! ! s i n t e r i n gm e t h o d ，i th a si n d i c a t e dt h a tt h eb u r y i n gs i n t e r i n gm e t h o dc a n r e d u c et h e p a r a m e t e ro f 丘ma n di n c r e a s et h ed i e l e c t r i c c o n s t a n tf 。 p r o p e r l yl o ws i n t e r i n gt e m p e r a t u r eh e l p st or e d u c et h ep a r a m e t e ro f e a n d i n c r e a s et h ed i e l e c t r i c c o n s t a n tf 川w h e r e a st h e n o n l i n e a r c o e f f i c i e n t 口i s c o m p a r a t i v e l ys m a l l t h e p r e f e r a b l es i n t e r i n g t e m p e r a t u r ei sa b o u t1 2 5 0 f o u r t h l y ，t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h em a i ne l e c t r i c a lp a r a m e t e r s o f r i n g v a r i s t o ra n dt h e p a r a m e t e r s o fi t sc e r a m i c sa r e c a l c u l a t e d a c c o r d i n gt ot h es h a p ea n ds t r u c t u r eo fr i n gv a r i s t o ra n di t se l e c t r i c a l p a r a m e t e r sw h i c hh a v eb e e nd e c i d e di n i t i a l l y 。t h ec o m p o n e n th a sb e e n d e s i g n e da n dt r i a l p r o d u c e da n di t so u t e rs e m i d i a m e t e r 函= 1 i o m m ，i n n e r s e m i d i a m e t e r 西m = 7 o m m ，t h i c k n e s s 0 8 m m t h em a i ne l e c t r i c a l p a r a m e t e r sa r ea sf o l l w st h a tt h eb r e a k d o w nv o l t a g eb e t w e e nt w oe l e c t r o d e s v l o m _ = 1 3 o v ，n o n l i n e a rc o e f f i c i e n t 口= 3 5 ，c a p a c i t a n c eb e t w e e nt w o e l e c t r o d e s 仁1 3 7 n f ( 1 k h z ) ，d i s s i p a t i o nf a c t o r 增6 = 0 2 7 ( 1 k h z ) k e y w o r d s ：t i 0 2v a r i s t o rc e r a m i c s ：b r e a k d o w n v e l r a g e ： n o n li n e a r c o e f f i c i e n t ：a p p a r e n td i e l e c t r i cc o n s t a n t ：1 0 w v o l t a g er i n gv a r i s t o r i l l 广州大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引 用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 后果由本人承担。 学位论文作者签名：骞盏t日期：k 哗年g 月j ，日 广州大学学位论文版权使用授权书 本人授权广州大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 广州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：幸亏己 导师签名： f 氯声恽 日期：如碑年月，日 日期：扣碑年月厂日 广州大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 低压压敏电阻材料的开发研究现状 压敏电阻是对于加在其上的电压比较敏感的电阻元件，其伏安特性表现出 非线陛特征，主要用于电路系统的过压保护、稳压及浪涌吸收等。 压敏电阻的制作材料包括s i c 、t i 0 2 、z n o 、s r t i 0 3 等，这其中，单从压敏 特性而言，z n o 材料系列的压敏电阻最为优良，它具有很高的非线性系数和较好 的稳定性，作为稳压和过压保护元件，已经被广泛应用于中、高压电路中【2 9 】。在 压敏电阻的相关基础理论方面，人们对z n o 压敏电阻的研究远比其它材料系列 较为成熟，但是由于z n o 压敏电阻的电容量较小，对于高频浪涌的吸收效果较 差 s , 14 1 ) 并且压敏电压难于降低至几伏 12 1 ，这些因素限制了它在低压领域的应用。 微电机是计算机、通信及声像等电子系统中的主要驱动装置，但是微电机 在运行过程中产生的电磁噪声可能会对系统本身和环境造成危害，即所谓的电磁 污染1 6 1 。使用同时具有较大电容的环形压敏电阻不仅能避免电磁噪声，还可延长 电机寿命。这就对压敏电阻提出了新的要求：既要求压敏电压比较低，又要具有 较大的电容特性。目前用于微电机消噪的环形压敏电阻元件以s r t i 0 3 压敏电阻 为主m 。s r t i 0 3 压敏电阻的电压范围约为3 2 0 v ，电容达1 0 1 5 0 n f ，可吸收很 宽频率范围内的电噪声，非线性系数达3 8 。自从2 0 世纪8 0 年代末日本太阳 诱电公司及松下公司相继开发出s r t i 0 3 压敏电阻以来，该类压敏电阻元件得到 了成功的应用，我国也在1 9 9 5 年研制成功。虽然目前市场上销售的该类产品主 要为s r t i 0 3 环形压敏电阻，但是用s r t i 0 3 材料制作2 0 v 以上的环形压敏电阻时 其成品率很低，工艺复杂，成本高，故难以形成大规模生产，不能满足用户需 要陋训。且s r t i 0 3 系压敏电阻是表面型元件，压敏电压难以提高。为克服z n o 和 s r t i o ，压敏电阻的上述缺点，人们开始探索新的压敏陶瓷材料，来弥补z n o 和 s r t i 0 3 压敏电阻的不足之处。据文献 1 8 ，2 0 ，4 1 】的报道及我们多年的研究经验，n 型半导化t i 0 2 压敏陶瓷材料比较容易制备出几伏到几十伏的压敏元件。并且电 容量比z n o 的大很多，而制备工艺又比s r t i 0 3 压敏电阻简单，成本较低“。 1 2 环形压敏电阻元件的开发应用前景 上个世纪8 0 年代，日本、荷兰、美国都相继丌展了对t i 0 2 压敏陶瓷材料及 广州大学硕士学位论文 第一章绪论 其元件的研究，台湾及大陆的许多公司和科研院所及大专院校( 如山东大学、西 安交通大学等) 也先后开展了这方面的研究0 6 ，m 2 0 ，2 2 驯。美国贝尔实验室的m f y a n 在t i 0 2 中掺入n b a 0 5 及b a o 得到了压敏电压在1 3 0 v ，非线性系数为3 左右 的压敏电阻；台湾的j e n n m i n gw u 等人曾详细研究过b a 和p b 掺杂对于t i 0 2 压敏一电容双功能电子陶瓷材料性能的影响，并发表过一系列相关论文( 4 2 ”。现 有的研究结果表明，n 型半导化t i 0 2 压敏陶瓷材料的，e 关系具有明显的非线 性特征，虽然其非线性系数远不及z n o 陶瓷，但其视在介电系数却比z n o 陶瓷 的大很多；t i 0 2 压敏陶瓷材料的压敏电压介于z n o 和s r t i 0 3 压敏陶瓷之间，且 制备工艺较为简单，所有这些为它的应用开发提供了较大的空间。纵观国内外的 相关报道，在1 0 3 0 v 的应用范围内，曾有对这一新材料的制备工艺及其相关 性能的研究和报道1 18 4 2 i ，t i 0 2 压敏陶瓷材料目前仍处于实验室研究阶段，市场上 偶尔也可见到相关的试销产品，但用于微电机消嗓的环形t i 0 2 压敏元件，至少 国内目前尚未见报道。本实验室2 0 0 0 年就开始了t i 0 2 压敏陶瓷材料的研究，在 材料的组成、制备工艺条件对材料结构及性能的影响方面做了大量的实验研究工 作，并对环形t i 0 2 压敏电阻元件的形体结构进行了设计，且寻找出了合适的电 极材料和烧渗电极的工艺，所有这些为开发环形t i 0 2 压敏电阻元件提供了良好 的基础。由于微电机在电子电路系统中的广泛应用，为吸收由于微电机的整流子 和电刷之间的瞬时通断所产生的电磁噪声，迫切需要动作电压低、非线性好、电 容量大的环形压敏电阻元件1 3 6 ，这就为环形t i 0 2 压敏电阻元件的开发研究提供 了广阔的市场前景。 1 3 本论文选题的目的和意义 本实验室承担了广州市教育局的一项科研项e l ：t i 0 2 系电容一压敏复合功能 电子元件新品开发研究。该研究课题是与厂家合作的应用开发研究项目，本实验 室在t i 0 2 压敏陶瓷的组成配方、制备工艺等方面已经做了大量的实验研究：本 实验室2 0 0 2 届硕士生利用工业纯t i 0 2 研究了施主、受主及工艺因素对t i 0 2 压 敏陶瓷的电性能的影响，且进行了深入的理论分析，但制备出的t i 0 2 陶瓷材料 参数e ，口“比较高；2 0 0 3 届硕士生改工业纯t i 0 2 为化学纯，对于材料的组成、 工艺和元件的形体结构、几何尺寸等方面做了初步的研究工作，但在材料的组成、 元件几何尺寸等方面有待进一步优化，例如，为追求材料的低压化，施主的掺杂 2 广州大学硕士学位论文 第一章绪论 范围比较窄、受主的掺杂量较小等；且环形元件的几何尺寸还达不到实用要求； 陶瓷烧结体的表面也不够平整，制备的环形样品元件出现周边上翘的现象；样品 与电极的欧姆接触问题还没有得到解决。所有这些问题，限制了环形t i 0 2 压敏 元件向实用性方向的发展。为解决上述问题，本论文将通过实验研究和理论分析 相结合的办法，调整和改进配方，寻找出合适的材料组成和工艺程序，制备出电 性能和形体结构满足实用需要的环形t i 0 2 压敏元件，为t i 0 2 压敏元件的新品开 发积累经验。 1 4 本论文研究的主要内容 本论文以前期的相关研究工作为基础，以分析纯t i 0 2 为主原料，以降低t i 0 2 压敏陶瓷材料的e ，m “及提高视在介电常数r 。和非线性系数。为目的，系统地 测试了z n o 、s r t i 0 3 和t i 0 2 不同系列的低压压敏陶瓷的工e 特性，分析了在电 场不太大的情况下，该类低压压敏陶瓷的晶界导电行为；通过改进施主和受主的 种类和掺杂比例，结合电性能分析，研究施主和受主对陶瓷材料电性能的影响规 律，探索合适的施主、受主掺杂范围；掺杂适量的助烧剂b i 2 0 3 ，摸索出工艺因 素对t i 0 2 陶瓷材料的影响规律，以寻找使得t i 0 2 陶瓷材料低压化的工艺条件； 考查t i 0 2 材料烧结后的收缩率，参照现行的环形s r t i 0 3 压敏电阻的企业标准， 设计样品的形体结构和烧渗电极的工艺，制备出用于微电机消噪的环形t i 0 2 压 敏一电容复合功能元件，为工业生产提供有价值的参考依据。 广州大学硕士学位论文 第二章 r i 0 2 压敏陶瓷的电学性能及环形压敏元件的设汁 第二章t i0 。压敏陶瓷电学性能及环形压敏元件的设计 2 1 n 型半导化ti 0 。压敏陶瓷的非线性特性及介电特性 2 ，1 1 t i 0 。压敏陶瓷的- - 旷非线性特性 昂 e c e r 蜀 e f e p 吼i 毒i 三q s ；火 图2 - 1 非平衡态能级图幽2 - 2 平衡态能级图 圈2 - 3 晶界双肖特基势垒模型图 f i g 2 lf i g u r eo ff i g 2 - 2f i g u r eo f b a l a n c e f i g - 2 _ 3d o u b l es c h o t t yb a r r i e r i m b a l a n c es t a t es t a t ee n e r g yl e v e l m o d e li ng r a i nb o u n d a r y e n e r g y l e v e l 用于制作低压压敏电阻元件的t i 0 2 陶瓷材料是幽n 型半导化的晶粒和极薄 的高阻晶界层组成，在晶界处密集着大量的点缺陷、位错、偏析的杂质或者中间 相物质，同时在烧结和热处理中，空气中的氧原子也从表面沿着晶界进行扩散而 进入陶瓷内部，集聚在晶粒间界中，所有这些因素形成了晶粒间界的受主界面态， 在能带图中形成了禁带中的界面能级o 。在非平衡状态，界面费米能级占；与晶 粒体内费米能级e ，? 并不一致，n 型半导体的e 高于；，如图2 1 所示。平衡状 态时，由于体能带中导带电子向界面受主能级转移。导致界面附近能带向上弯曲， 界面和晶粒体内最后达到一个统的费米能数，平衡态时的能带图如图2 - 2 所示， 图中统一费米能级仍用e 。表示。 随着体内导带电子转移到界面能级，在靠近界面处两边的晶粒体内同时也 各留下一层正的空间电荷，界面负电荷与层内正电荷产生的电场，便层内电子的 势能发生相应变化，界面与体内之间出现电势差，表现为层内能带向上弯曲形成 电子势垒，势垒延伸到整个空间电荷层幻，所形成的势垒为背靠背双肖特基势 垒，如图2 3 所示m ，。陶瓷材料的压敏特性就是来源于晶界势垒的电学效应，一 般认为较高的势垒对提高非线性系数。有利m ，。 可以通过求解洎松方程得到晶界势垒高度的表达式，为使问题简化，常作 4 广州大学硕士学位论文 第二章t i 0 2 压敏陶瓷的电学性能及环形压敏元件的设计 如下的近似处理1 3 4 ： ( 1 ) 假设势垒足够高，使空间电荷层内绝大部分区域中的电子( 多子) 几乎 耗尽；层内施主几乎全部电离，此时层内单位体积的正空间电荷数矿近似等于 施主浓度胁，称这样的势垒区为耗尽层。 ( 2 ) 假设界面受主态作某种分布，其等效能级两远低于费米能级辟，热 平衡时电子又基本能将所有界面能级填满，即界面电子的费米分布函数苁司。1 ， 则单位面积上电子数目近似等于界面态密度帆，因此有一慨。 ( 3 ) 在背靠背接触的双肖特基势垒模型的耗尽层内，假设正的空间电荷均 匀分布，电中性条件为= 2 v * l d 一2 n d 切。 根据以上假设，结合边界条件：x = l j , 妒= 。，芸= 。，求解泊松方程： 竺：一盟( 2 1 ) a x s b ， 得到界面处的势垒高度为f 3 0 j ： 商：尘丝：盟( 2 - - 2 ) 2 9 0 s ，8 e o s ，n “ 耗尽层宽度为： 铲( 等) 必( 2 - - 3 ) 上述表达式中，ro 为真空介电常数，r ，为基质材料的相对介电常数。 压敏电阻之所以具有电压一电流非线性特性，应归因于陶瓷材料的晶界势 垒。对于s r t i 0 3 和t i 0 2 系低压压敏电阻常常选取极间通过1 0 m a 电流时的电压 降作为压敏电压o 。，而非线性系数a 一般定义为 3 0 1 ： 口= d l o g i d l o g v 或a = d l n l d l n v ( 2 4 ) 其数值的大小敏感于晶界势垒的高度和宽度m i 。 对于t i 0 2 系低压压敏电阻元件，我们可以把电子发射的几个不同阶段的v - i ( 或j - e ) 关系表述如下： ( 1 ) 未加偏压时的热电子发射阶段： 半导体中电子热发射越过势垒的电流密度表达式即里查松( r i c h a r d s o n ) 公式为： 广州大学硕士学位论文 第二章 r i 0 2 压敏陶瓷的电学性能及环形压敏元件的设计 j r = a t 2 e x p ( 一o k t ) = j oe x p ( 一夕k t ) ( 2 - - 5 ) 式中，j 。= a t2 ，其含义是在没有任何障碍即= o 时，所有热运动电子都对电 流有贡献时的一个量，与温度密切相关。有效r i c h a r d s o n 常数a + = 4 n m 。q k 2 h 3 m + 为电子的有效质量，h 为普朗克常数；k 为玻尔兹曼常数；，为绝对温度。 ( 2 ) 加偏压后的热电子发射阶段： ( a ) 当偏压矿较小时，即e v g g b ，如 比8 及口g a g b 比而西 型至兰堡兰兰鱼! 生 苎三皇里垒堡壁堕堡竺皇兰些丝墨堑翌垦塑歪堡竺堡盐 故式( 2 - 1 0 ) 可以简化为： = 粤o( 2 1 1 ) 从上式可见，为得到较大的视在介电常数，应设法增大而屯8 的比值。在我们 的实验中，t j 0 2 压敏陶瓷晶粒的粒径约为十几个微米，比晶界层宽度大很多倍， 可以预期，t i 0 2 压敏陶瓷的视在介电常数s 。的数量级可达t 0 5 ，远远大于材料 本身的介电常数。实际上可以把高阻晶界层及半导化较好的晶粒表面看作平行板 电容器，在耗尽层近似条件下，无外加偏压时的单位面积晶界层电容c 可以表 示为： c：盟：f垒尝必(2-12)2l “l印 从上式可见，视在介电常数s 。、施主浓度畅及晶界势垒庐都将对晶界单位面积 电容产生影响，所以，适当优化这些影响因素，可以制备出电容量较大的t i 0 2 压敏电阻。 由于在低频下介电损耗主要是由电导损耗引起的m 】，低压t i 0 2 压敏陶瓷的 品界势垒不可能高，因此，晶晁等效电阻不够大，造成的漏电流较大是产生低频 损耗的主要原因。设材料的平均电导率为一，介电损耗角t g j 可以表示为一： t 9 8 ：! ( 2 1 3 ) 而材料的平均电导率a 与晶界势垒高度曲的关系为d 们： 盯z 盯oexp(一矿lkr)(2-14) 其中，口d 是驴趋近于零时材料的电阻率。从式( 2 - - 1 3 ) 、( 2 - - 1 4 ) 可见，适当 高的晶界势垒，有助于减小材料的平均电导率，从而可以减小漏电流，降低介电 损耗。 2 2 t i 0 。环形压敏电阻元件及其陶瓷材料的主要电性能参数的 设计 参照环形s r t i 0 3 压敏电阻的相关技术参数，拟定出t i 0 2 环形压敏电阻的几 何尺寸为：外径”一1 0 8 m m ，内径毋 = 6 8 m m ，厚度= 0 8 m m ；电性能参数拟定 9 u 十l t 大学硕士学位论文第二章t i o z 压敏陶瓷的电学性能及环形压敏元件的设计 为：极间电压n o m a 一 s s ) ，因此减小了等 效电流密度山o ，从而减小了山口所对应的等效电场强度e m ，所以，从式( 2 2 6 ) rlli_l 广州大学硕士学位论文第二章t i 0 2 压敏陶瓷的电学性能及环形压敏元件的设计 铲蔫2 毒 2 7 ) 根据式( 2 2 6 ) 可知，k 。= e 。2 h ，同理也可以得出，k 。= e ，2 h ，其 中e j 是电流密度为j l = t 0 0 0 1 a 时材料的电场强度，同样可以通过材料的乒e 非 。：三一 ( 2 2 8 ) 口l 。下 、7 l o g 二 e 燮学硕士学焦论文第二章t i 0 2 压敏陶瓷的电学性能及环形压敏元件的设计 铲睾毒 剐 式( 2 2 9 ) 中，e ，。州和e ，m 分别指每平方厘米横截面积流经电流为1 0 m a 和l m a 时1 m m 厚度上的压降。由于环形元件的极间等效面积小于1 平方厘米，且导电 路径大于1 m m ，所以，, l o 1 0 m a c m 2 ，d 1 1 m a c m 2 ，在材料的小e 非线性曲线上， e 1 0 e o 刚，e l e 蒯，且1 譬4 诗 2 0 0 0 0 000 0 500 1 000 1 5o0 2 000 2 50 0 3 00 0 3 5 以c m 一2 图2 1 1t i e 2 压敏陶瓷及其元件的非线性系数对比图 f i g 2 一1 1c o m p a r i s i o n f i g u r e o f n o n l i n e a r e x p o n e n t so f t i 0 2 c e r a m i c sa n di t sc o m p o n e n t 广卅l 丈学硕士学位论文 第三章样品的制备和电性能测试 第三章样品的制备和电性能测试 3 1 制备样品所需原材料及制备工艺流程 本论文中所研究的实验样品，从原材料的配制到样品的烧结成型，以及主 要电性能的测试，完全是在本实验室完成的。表3 1 列出了所用原材料的纯度及 产地。 实验样品的制备采用传统的电子陶瓷工艺，根据配方，采用表3 i 所列出的 原材料，用电子天平( 精度为0 0 0 0 1 9 ) 称量后，倒入聚酯球磨罐中，加入适量 的蒸馏水和玛瑙球，在行星式球磨机上球磨4 h 。球磨后的粉料烘干后，加入p v a 粘合剂造粒，然后在4 0 0 0 n 的压力下压制成外径西。= 1 3 6 m m ，西一= 8 ，4 m m ，厚 度为l m m 的环形样品和直径为1 3 4 m m ，厚度为1 1 6 m m 的圆片形样品，经过排粘 后，分别在1