اثر تركيب بر پارامترهاي فلش سينتر سراميك وريستور بر پايه ZBS

Effect of composition on flash sintering parameters on ZBS based varistors

فلش زينتر يكي از جديدترين فرايندهاي زينتر سراميك ها است كه به‌دليل سرعت بالاي زينتر و كاهش قابل توجه انرژي، اخيراً بسيار مورد توجه محققين قرار گرفته است. ويژگي مهم براي انجام موفقيت‌آميز فلش، داشتن رفتار نيم‌رسانايي با ضريب دمايي منفي (NTC) است. در اين پژوهش فرايند فلش زينتر سراميك وريستور بر پايه ZnO-Bi2O3-Sb2O3(ZBS) مورد بررسي قرار گرفته و اثر تغيير نسبت مولي تركيب و افزودن اكسيدكبالت (Co3O4) به عنوان عامل افزايش‌دهنده هدايت الكتريكي مطالعه شده است. شرايط بهينه فرايند فلش با اعمال مقادير مختلف ميدان الكتريكي و چگالي جريان تعيين شد كه نهايتاً ميدان الكتريكي V/cm 300 و چگالي جريان mA/cm2 100 بدست آمد. بررسي ساختاري و شناسايي فازهاي تشـكيل شـده به ترتيب به وسيلۀ ميكروسـكوپ الكترونـي روبشـي و پـراش پرتـوي ايكس انجام شده است. اندازه‌گيري مشخصات الكتريكي وريستور (ضريب غيرخطي، ولتاژ شكست و جريان نشتي) تحت ميدان الكتريكيDC صورت گرفت. چگالي نمونه داراي افزودني اكسيدكبالت 97 درصد چگالي تئوري شد. نتايج SEM حاكي از تشكيل ريزساختار وريستور با متوسط اندازه دانه 3 ميكرون مي‌باشد. با تعيين مشخصات الكتريكي، رفتار وريستوري مشاهده شد كه در آن ضريب غيرخطي 22، ولتاژ آستانه V/cm 4500 و چگالي جريان نشتي μA/mm2 50 بود.

Flash sintering is one of the newest ceramic sintering processes, which has been highly regarded by researchers due to its high sintering speed and significant energy reduction. An important characteristic for successful flash performance is having a negative temperature coefficient (NTC) semiconductor behavior. In this study, the flash sintering process of ZnO-Bi2O3-Sb2O3 (ZBS) based varistors were investigated. The effect of changing the molar ratio of the compound and adding cobalt oxide (Co3O4) as an electrical conductivity enhancer was studied. The optimal conditions of the flash process were determined by applying different values of electric field and current density, which finally obtained an electric field of 300 V/cm and a current density of 100 mA/cm2. Microstructure characterization and crystal phase identification were determined by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectively. The electrical properties of the varistor (nonlinear coefficient, breakdown voltage and leakage current) were measured under DC electric field. The density of sample with cobalt oxide additive was 97% of the theoretical density. SEM results indicate the formation of a varistor microstructure with an average grain size of 3 microns. By determining the electrical characteristics, the varistor behavior was observed in which the nonlinear coefficient was 22, the threshold voltage was 4500 V/cm and the leakage current density was 50 ?A/mm2.