氧化锌（RBZO）的反应键合成基于ZnO的变种

OctavioMartínezUrgell，Enrique Rocha Rangel和Carlos Gomez-Yanez

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Azojomo（ISSN 1833-122X）第3卷2007年6月

涵盖了主题

抽象的

关键字

介绍

实验

结果与讨论

热分析

X-射线衍射分析（XRD）

微观结构

电流电压（I-V）曲线

结论

参考

联系方式

抽象的

探索了一种新的，简单而成功的途径，以从廉价的原材料开始生产基于ZnO的电陶瓷。欧洲杯足球竞彩反应键合过程用于生成基于ZnO的杂质制剂。起始材料是Zn，C欧洲杯足球竞彩o，MN，CR和SB与ZnO和BI混合的金属粉末₂o₃粉末。差分热分析表明，在419°C以上的温度上发生完整的锌氧化，这与Zn的熔点相对应。X射线衍射分析表明，当样品以1°C/min的速率加热时，所有Zn在烧结过程中都被氧化。当将陶瓷在1200°C烧结1小时时，达到良好的致密性。通过扫描电子显微镜观察了微观结构，观察结果显示出由小ZnO晶粒形成的均匀微观结构。电流电压（（i-v）曲线表明，由于故障电压高，因此在晶界中存在高电阻相。I-V曲线还显示了在变种设备中观察到的典型非线性行为。

关键字

反应bOnding，Zno，变种，（I-V）C乌尔维，电辅水学

介绍

基于ZnO的静态器是一种用于防止电潮的陶瓷装置。在变量方面的电流电压（I-V）曲线的行为是非线性的，可以通过在晶界处存在Schottky屏障来解释[1-3]。变种器可以在宽范围的功率或电压值中使用替代或直流电流。此外，变种物具有吸收能量的高能力，可以在时间上表现出良好的稳定性。变种器的多功能性使其在高压应用以及微电子电路中的使用。

基于ZnO的变种的常规制造由ZnO粉末（> 95 wt％）与其他氧化物粉（例如BI）组成₂o₃，首席运营官，MNO，SB₂o₃和Cr₂o₃，然后进行巩固和常规烧结[4]。从这个过程中，多晶微观结构的结果由半导体ZnO晶粒组成，周围是薄的晶粒[2]。除了形成晶间层外，已经研究了各种添加剂在基于ZnO的变种中的功能。例如，ZnO的致密化和谷物生长动力学可以通过BI的发生来控制₂o₃- 晶粒边界和晶粒连接处的富集共晶液体[5]。添加COO或MNO可以防止BI₂o₃在烧结温度下蒸发，并添加CR₂o₃和SB₂o₃可以控制ZnO晶粒的生长[2]。

反应键合过程是由Claussen等人在德国首次开发的。al。[6-7]用反应键合氧化铝（RBAO）的名称，然后改编以生产氮化硅（RBSN：反应键合氮化硅）和碳化硅（RBSC：反应键合碳化硅）。欧洲杯足球竞彩反应键合（RB）过程产生的材料显示出更好的物理和机械特性以及由非常小的晶粒组成的均匀微观结构。这些是基于ZnO的变种的理想特征，因为故障电压与电极之间的晶界数成正比，并且需要在微观结构中分布良好的电阻相。因此，这项工作的目标是（i）探索通过反应键合氧化锌（RBZO）工艺产生基于ZnO的变种的可能性，（ii）通过利用铣削作用来改善氧化物混合物的均匀性。，，，，（（iii) to improve the sintering behavior of the oxide composition since small particles are produced by milling and (iv) to investigate the effect of RB process on the varistor properties such as the Breakdown Voltage and the non-linear coefficient.

实验

Zn的粉末CO，MN，CR和SB，ZNO和BI₂o₃被用作原材料。粉末混合物是用ZRO铣削在传统的球厂₂培养基，在铣削16小时内，磨坊的旋转速度为200 rpm。球对冠的体积比为10：1。使用铣削的粉末混合物，通过在270 MPa压力下按单轴压力来制造直径为2 cm和0.2 cm厚度的圆柱样品。压制样品在空气中烧结遵循加热周期，允许锌氧化产生更多的ZnO。为了制造电气测试的设备，圆形的金色斑点（0.196厘米²）通过溅射通过口罩沉积在磁盘的两侧。然后，使用银糊对铅进行冷焊接。实验过程的方案如图1所示。在起始混合物中使用骨料ZnO粉末而不是使用纯金属Zn的原因是因为原始的ZnO颗粒充当种子或核，以便获得纯净的纯氧化欧洲杯猜球平台Zn，通过RB。

Figure 1。实验程序的方案。

分别通过X射线衍射（XRD，SIEMENS D-5000，德国）和扫描电子显微镜（SEM，JEOL-6300，JAGAN）分析烧结样品的相和微观结构，并用标准陶瓷技术抛光。反应行为通过按照样品的相同烧结循环，差异热分析（DTA，Setaram TG/DTA92，法国）和热重分析（TGA，Setaram TG/DTA92，法国）。

结果与讨论

热分析

典型的重量变化（热重分析，TG）在270处按下的样品中观察到MPA在图2中显示为温度的函数。在从室温到330°C的范围内，有机物种的蒸发或在铣削过程中吸附的水会导致体重减轻。在较高的温度下，体重增加了330至470°C，对应于锌氧化。值得注意的是，当Zn仍处于固相时（Zn的熔点为419°C）时，铣削粉末会更快地氧化[6]。因此，在此过程中（RBZO）必须在熔化温度之前使用缓慢的加热速率，以实现新的ZnO晶粒的最佳特性。图2中显示的差分热分析（DTA）曲线表明，在300和470°C;这种放热行为与锌的氧化有关。在419°C下，可以观察到与熔化温度相对应的吸热峰。

图2。差分热和热重分析的曲线与温度的关系。

X-射线衍射分析（XRD）

在对应于未填充和铣削样品粉末的XRD模式中，只有Zn和ZnO的峰清楚地观察到了Zn和ZnO的峰（图3），表明在铣削过程中没有发生污染或其他化学反应。另一方面，与添加剂相关的XRD峰，例如；CR，MN，CO，SB或BI₂o₃没有观察到，可能是因为数量很小，无法检测到它们。因此，我们没有任何实验证据表明起始金属作为氧化物存在。然而，在这项研究的实验条件下，最有可能将金属氧化，在该研究的实验条件下，在以缓慢加热速率的空气中加热标本，以使Zn完全氧化，因为我们使用的所有金属都有标准游离的负值形成能量如表1所示。

在图3C中显示了在1200°C下烧结样品的XRD模式，可以看到ZnO的大峰，而Zn峰消失了，表明在加热过程中Zn的氧化是完整的。与添加剂相关的物种由于其含量低而不会出现。但是，CR，MN，CO和SB的自由能形成比锌的自由能更为负，因此认为在加热周期中，添加剂也被氧化了[8]。

表格1。氧化物形成的自由能[8]。

图3。a）未填充粉末的X射线衍射图，b）在16小时内铣削的粉末和c）RBZO循环后烧结的样品。

微观结构

图4显示了RBZO循环后典型的微观结构。微观结构是均匀的，它是由小型ZnO晶粒形成的，具有这种类型的陶瓷的典型角形。材料显示出一些孔隙度。观察到在RBZO过程中产生的一些新的ZnO晶粒。但是，这些新的ZnO晶粒主要位于晶间区域，但是，在当时的位置也观察到了一些ZnO晶粒。无法观察到ZnO以外的颗粒的存在。欧洲杯猜球平台

图4。微观结构反应键合周期后基于ZnO的变种。

当前的-电压（I-V）曲线

在图5中观察到，由RBZO制造的基于ZnO的变量的阈值电压非常高。这种作用归因于小晶粒以及晶界的高电阻性特征。非常细的ZnO晶粒的存在是RBZO过程的结果，RBZO过程使得在晶界形成新的ZnO，从而阻止了旧的ZnO晶粒聚集到大颗粒中。欧洲杯猜球平台在整个微观结构中均匀分布的绝缘相构建了图5中观察到的变异效应。

图5。电压与基于ZnO的变种的电流。在1200°C烧结1小时。

结论

使用基于反应键合工艺的新方法制造了品种装置。在氧化过程中使用缓慢的加热速率，在低于熔化温度的温度下锌。烧结的碎片显示出由原始ZnO颗粒形成的细晶粒微观结构，并添加为原材料，以及在氧化过程中产生的新ZnO晶粒。欧洲杯猜球平台该变种器可以在高压下运行，而I-V曲线显示出典型的不同线性行为，这表明绝缘相（BI Rich）在微结构中均匀分布。

参考

1。F. Gruter和G. Blatter，“多晶化合物半导体中晶界的电性能”，半导体科学技术，欧洲杯线上买球5，，，，110-113（1990）。

2。M. Matsuoka，“氧化锌的非含量含量”，JPN。J. Appl。物理，10，，，，736-741（1971）。

3。L. M. Levinson和H. R. Philipp，“锌氧化物变种 - 评论”，美国陶瓷社会公告，65，，，，639-641（1986）。

4。J. P. Caffin。“低压和中电压变种的基于氧化锌的组成”，美国专利第5期，第143-146页（1992）。

5。M. Tao，B。Ai，O。Dorlanne和A. Loubiere，“ Zno Varistor中的不同单粒连接”，J。Appl。物理，5，1562-1565（1987）。

6。N. Claussen，N。Travitzky和S. Wu，“反应键合的剪裁₂o₃（BBAO）陶瓷”，Ceram。工程。科学。proc。，11，，，，806-820。（1990）

7。N. Claussen，“加工反应机制和氧化形成的Al的特性₂o₃-matrix复合材料”，《体质IV期刊》，1327-1330（1993）。

8。J. F. Shackelford和W. Alexander，“材料科学与欧洲杯足球竞彩工程手欧洲杯线上买球册”，CRS出版社，Boca Raton Florida（2001）。

联系方式

OctavioMartínezUrgell和Enrique Rocha Rangel^*

Autónoma大学大都市
Dewardamento de Materiales
av。圣巴勃罗＃180，雷诺萨·塔穆利帕斯上校，墨西哥，D。F。，02200
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*电子邮件：[电子邮件保护]

Carlos Gomez-Yanez

esiqie-政治学院（（IPN）
Dewardamento de Metalurgia
av。IPN S/N，Lindavista上校，墨西哥D. F.，07300
墨西哥

本文也发表在“技术进步欧洲杯足球竞彩材料和材料处理杂志，9[[1]（2007）87-90。