Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

соединений на менее токсичные. В мировой литературе имеются сведения о существовании составов, не содержащих оксиды висмута и сурьмы, но обладающих аналогичными варисторными свойствами. Эти материалы, полученные в системе ZnO — V 2 O 5 , содержат и ряд других оксидов, позволяющих управлять электрофизическими свойствами варисторов. Свойства данных материалов будут рассмотрены ниже. Авторы работы [4] исследовали свойства керамики на основе оксида цинка с различным содержанием оксида ванадия. Результаты исследования приведены в табл. 1. Установлено, что данные материалы спекаются по жидкофазному механизму за счет процесса растворения — кристаллизации. С помощью рентгенно-фазового анализа (РФА) было выявлено, что в материале присутствует вторая фаза Zn3V2O8. Образование жидкой фазы происходит за счет плавления эвтектического состава между Zn3V2O8 и ZnO, температура плавления которого составляет 890 °С. Электрофизические свойства с увеличением количества оксида ванадия и температуры спекания ухудшаются. Это связано с ростом зерна оксида цинка, а соответственно, с уменьшением протяженности границы раздела фаз. Таблица 1 Свойства керамики в системе ZnO-V 2 O 5 [4] Состав гг ор* Тобж, Рср, г/см 3 ^зер^ мкм Ub, В/мм a ZnO 900 5,45 3,1 - 1 ZnO — 0,25 мол. % V 2 O 5 900 5,49 6 ,6 234 4,6 ZnO — 0,5 мол. % V 2 O 5 900 5,44 7,7 107 4,2 ZnO — 1 мол. % V 2 O 5 900 5,35 8,9 21,3 1,9 ZnO — 2 мол. % V 2 O 5 900 5,17 7,5 19,3 1 ,8 ZnO — 0,25 мол. % V 2 O 5 950 5,46 1 2 ,1 45,5 2,5 ZnO — 0,25 мол. % V 2 O 5 1 0 0 0 5,44 2 2 ,2 9,3 2 ,0 ZnO — 0,25 мол. % V 2 O 5 1050 5,44 29,3 9,6 2 ,1 ZnO — 0,25 мол. % V 2 O 5 1 1 0 0 5,44 38,5 1 1 ,6 2,3 *Продолжительность выдержки при температуре обжига 2 ч. Ванадий является переходным элементом и, соответственно, может обладать переменной валентностью. Авторы работы [5] исследовали влияние степени окисления в оксиде ванадия (V 2 O 3 или V 2 O 5 ) и температуры обжига на микроструктуру оксидноцинковой керамики. Количество оксида ванадия составляло 0,5, 1,0, 3,0 и 5,0 мол. %. При введении 0,5 мол. % керамика, полученная при температуре 900° С, преимущественно содержит зерна 2-5 мкм, среди которых встречаются крупные зерна размером 15-20 мкм. Последующее увеличение содержания оксида ванадия интенсифицирует рост зерна оксида цинка. Керамика преимущественно состоит из зерен размером 15-20 мкм. Степень окисления ванадия (V3+или V5+) на микроструктуру не оказывает заметного влияния, так как в процессе обжига в воздушной среде происходит окисление V2O3 до V2O5. По данным РФА помимо оксида цинка в керамике выявлены кристаллические фазы ванадийсодержащих соединений. До температуры 900 °С в керамике присутствует a-Zn3V2O8. Увеличение температуры приводит к образованию фазы Zn4V2O9 за счет реакции: a-Zn3V2O8 + ZnO ^ Zn4V2O9. (1) Несмотря на то что керамика из оксида цинка с добавкой оксида ванадия обладает варисторными свойствами, их уровень недостаточен для того, чтобы использовать ее как современное средство защиты от перенапряжений. В целях улучшения электрофизических свойств варисторов применяют различные добавки. В табл. 2 представлены свойства керамики из оксида цинка с добавлением оксида ванадия, содержащей в качестве добавки различные оксиды. Таблица 2 Свойства керамики ZnO — V 2 O 5 — MxOr Состав* т, ч** ^зерна, мкм икл, В/см I l •Ю6, А/см 2 a Источник ZnO — 0,5 V 2 O 5 — 2 ,0 MnO 2 4 9,8 300 600 31,8 [ 6 ] ZnO — 0,5 V 2 O 5 — 1 ,0 MnO 2 4 4,6 1350 2 0 0 18,6 [7] ZnO — 0,25 V 2 O 5 — 1 ,0 Co 3 O 4 4 8,4 550 250 6,4 [7] ZnO - 0,5 V 2 O 5 — 2 ,0 MnO 2 3 5,2 992 32,9 27,2 [ 8 ] ZnO - 0,5 V 2 O 5 — 4,0 Cr 2 O 3 4 5,0 2 0 0 0 400 17,2 [9] ZnO — 0,5 V 2 O 5 — 0,9 Mn 3 O 4 1 2 ,6 - - 21,9 [ 1 0 ] * Содержание оксидов-модификаторов выражено в мольных процентах. **Температура обжига 900 °С. 722