摘要：WO3陶瓷作为一种低压压敏材料,在微电子集成电路等低压电路中保护领域将会有重要的运用。由此,WO3压敏陶瓷实用化的探讨有重要的作用。将W03压敏陶瓷用于实际运用就要考虑其性能的老化,而WO3陶瓷压敏特性的老化源于其晶界势垒的变化。然而,WO3压敏特性晶界势垒的形成历程及其影响因素尚未有统一的结论。本论文在缺陷化学论述的基础之上,结合课题组大量的关于WO3压敏陶瓷的实验数据,提出了WO3压敏材料晶界势垒模型,设计了相关实验,验证了模型的正确性；利用晶界势垒模型对W03压敏陶瓷老化实验中出现的现象进行了诠释,并通过掺杂稀土元素来改善W03陶瓷的抗老化能力。主要结论如下：(1)烧结气氛对WO3陶瓷的微观结构和电学特性有很大的影响。真空、N2气氛等缺氧气氛烧结能够促使W03陶瓷中产生更多的氧空位,导致WO3晶格中的晶面间距增大,使其XRD图谱中衍射峰向小角度方向移动。有探讨表明,氧空位能够转变晶格中W-O键之间的角度,而WO3几种相结构之间的主要不同点就是W-O键之间的角度不同,这可能是W03陶瓷在室温下为两相共存或多相共存的理由。在缺氧气氛中烧结时,陶瓷中缺失的氧原子得不到补充,使得WO3陶瓷晶粒生长和致密化受到抑制；产生的氧空位使WO3电导率较高,使其导电行为符合欧姆定律。将在缺氧气氛烧结的W03陶瓷再放置到空气或氧气气氛中进行第二次烧结,能够使WO3陶瓷的晶粒重新生长,使陶瓷的致密度得到提升。在此历程中,晶界吸附氧与陶瓷中的电子结合,形成一定宽度的电子耗尽层,即在晶界形成肖特基势垒,使WO3陶瓷出现压敏特性。缺氧气氛烧结的WO3再放置到空气或氧气气氛中第二次烧结得到的陶瓷样品,压敏电阻显著增大,漏电流减小,非线性系数增大。(2)气氛对WO3压敏陶瓷性能的老化有显著的影响,掺杂稀土氧化物能够改善W03陶瓷压敏特性的抗老化能力。WO3陶瓷在空气或富氧气氛中进行老化实验时,出现的漏电流减小,压敏电压增大等现象与ZnO、 SnO2等传统压敏陶瓷不同。这与其晶界势垒中的缺陷有关。结合晶界势垒模型,WO3陶瓷晶界能够吸附氧原子,形成吸附氧离子,使得晶界势垒高度增加,以而压敏电压增加,漏电流减小。WO3电学特性重复性差、压敏特性随温度升高迅速减弱等现象可能与晶界氧离子解吸附有关。多化合价态的元素氧化物,在高温条件下可能发释放或者吸收氧,影响W03陶瓷在烧结历程中的氧空位的形成,对陶瓷的微观结构和电学性能产生影响。掺杂使W03陶瓷的晶界势垒不在单纯依靠晶界氧吸附作用,降低了气氛条件对其晶界势垒的影响,以而提升了WO3陶瓷压敏特性的稳定性。WO3压敏陶瓷在受到高电压载荷的作用时,反应时间比较长。这是制约其实际运用的一个重要因素,值得重点探讨。关键词：压敏特性论文老化论文三氧化钨陶瓷论文晶界势垒模型论文氧空位论文
摘要6-7
Abstract7-11
第1章 绪论11-17
1.1 陶瓷的缺陷化学论述11-12
1.1.1 点缺陷11-12
1.1.2 点缺陷论述在氧化锌压敏陶瓷中的运用12
1.2 压敏电阻12-14
1.2.1 压敏电阻老化机制12-13
1.2.2 ZnO压敏陶瓷老化的改善策略13-14
1.2.3 ZnO压敏陶瓷老化的测量策略14
1.3 WO_3压敏陶瓷探讨近况14-15
1.3.1 国外对WO_3压敏陶瓷的探讨14-15
1.3.2 国内对WO_3压敏陶瓷的探讨15
1.4 论文探讨的作用、主要内容15-17
1.4.1 论文探讨的作用15
1.4.2 论文的主要内容15-16
1.4.3 论文各部分内容16-17
第2章 保温温度对WO_3压敏特性及其老化速率的影响17-29
2.1 实验原料和主要仪器设备17
2.2 实验历程17-18
2.3 实验结果与结论18-28
2.3.1 保温温度对陶瓷微观结构的影响18-21
2.3.2 保温温度对陶瓷电学性能的影响21-24
2.3.3 WO_3压敏特性原子缺陷模型24-28
2.4 本章小结28-29
第3章 气氛对WO_3压敏特性及其老化速率的影响29-45
3.1 实验历程29-30
3.2 实验结果与讨论30-44
3.2.1 真空烧结以及氧气热处理对陶瓷微观结构的影响30-34
3.2.2 真空烧结以及氧气热处理对陶瓷电学性能的影响34-36
3.2.3 氮气气氛烧结以及氧气热处理对陶瓷微观结构的影响36-40
3.2.4 氮气气氛烧结以及氧气热处理对陶瓷电学性能的影响40-41
3.2.5 测量气氛对陶瓷电学性能的影响41-42
3.2.6 WO_3压敏特性老化历程及其模型42-44
3.3 本章小结44-45
第4章 稀土元素掺杂WO_3压敏特性及其老化速率的影响45-61
4.1 实验历程45
4.2 七氧化四铽掺杂对WO_3压敏特性及其老化速率的影响45-54
4.2.1 Tb_4O_7掺杂对陶瓷微观结构的影响45-49
4.2.2 Tb_4O_7掺杂对陶瓷压敏特性的影响49-50
4.2.3 Tb_4O_7掺杂对陶瓷老化速率的影响50-54
4.3 二氧化铈掺杂对WO_3压敏特性及其老化速率的影响54-60
4.3.1 CeO_2掺杂对陶瓷微观结构的影响54-56
4.3.2 CeO_2掺杂对陶瓷压敏特性的影响56-58
4.3.3 CeO_2掺杂对陶瓷老化速率的影响58-60
4.4 本章小结60-61
结论61-62
致谢62-63
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