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

При введении вышеуказанных добавок улучшаются электрофизические свойства. Однако в случае с оксидом кобальта этот эффект выражен слабо. Результаты энергодисперсионного анализа свидетельствуют о том, что вводимые оксиды распределяются в межзеренной прослойке. Таким образом, межзеренная прослойка модифицируется, улучшая тем самым электрофизические свойства варисторов. Расплав, образующийся в процессе спекания, позволяет равномерно распределить добавки за счет растворения. Отсутствие характерных пиков оксидов на рентгенограммах свидетельствует о том, что они образуют твердые растворы с Zn 3 V 2 O 8 . В работе [11] изучали влияние оксида ниобия на микроструктуру и варисторные свойства керамики ZnO — V 2 O 5 . Образцы получали путем спекания в воздушной среде при температуре 900 °C. Введение Nb 2 Os оказало значительное влияние на электрофизические свойства варисторов. При добавлении Nb 2 O 5 в количестве 0,05 мол. % удалось увеличить классификационное напряжение до икл= 3967 В/см, а также коэффициент нелинейности до а = 47. Однако значение плотности тока утечки оказалось высоким и составило/^ = 140 10-6А/см2. Последующее увеличение содержания оксида ниобия приводит к ухудшению электрофизических свойств. Увеличение и последующее уменьшение коэффициента нелинейности и классификационного напряжения авторы связывают с тем, что оксид ниобия изменяет высоту потенциального барьера на границе раздела фаз. До содержания 0,05 мол. % высота потенциального барьера увеличивается, а последующее увеличение концентрации оксида ниобия приводит к уменьшению потенциального барьера. В работах [12-14] исследовано влияние добавки оксидов эрбия и гадолиния к варисторной керамике состава ZnO — 0,5 мол. % V 2 O 5 — 2,0 мол. % MnO 2 — 0,1 мол. % Nb 2 Os (ZnO — VMN). Полученные свойства представлены в табл. 3. Таблица 3 Свойства варисторной керамики из ZnO с добавками системы V 2 O 5 — MnO 2 — Nb 2 O 5 — R 2 O 3 (где R = Er, Gd) Состав* Тобж, °С** Рср, г/см 3 ^зер^ мКМ икл, В^м а /г 1 0 6, А/см 2 Источник ZnO—VMN 900 5,51 5,5 4800 50 95 [ 1 2 ] ZnO—VMN — 0,05 Er 2 O 3 900 5,53 5,2 5444 63 73 [ 1 2 ] ZnO—VMN — 0,1 Er 2 O 3 900 5,54 5,3 5266 51 1 0 0 [ 1 2 ] ZnO—VMN — 0,25 Er 2 O 3 900 5,61 5,7 4061 15 199 [ 1 2 ] ZnO—VMN — 0,05 Gd 2 O 3 900 5,51 5,5 4800 49,9 94,9 [13] ZnO—VMN — 0,1 Gd 2 O 3 900 5,49 5,3 5365 6 6 ,1 6 6 ,1 [13] ZnO—VMN — 0,2 Gd 2 O 3 900 5,47 5,2 5092 36,7 36,7 [13] ZnO—VMN — 0,05 Er 2 O 3 875 5,56 4,3 7095 50 94,1 [14] ZnO—VMN — 0,05 Er 2 O 3 925 5,50 7,1 2649 2 2 218,2 [14] ZnO—VMN — 0,05 Er 2 O 3 950 5,46 9,2 1256 15 105,5 [14] *Содержание оксидов-модификаторов выражено в мольных процентах. **Продолжительность выдержки при температуре обжига 2 ч. Увеличение коэффициента нелинейности и классификационного напряжения для обоих оксидов РЗМ [12, 13] достигает своего максимума при концентрации оксида 0,05 мол. %. Данное увеличение связано с увеличением высоты потенциального барьера. Последующее уменьшение коэффициента нелинейности связано с тем, что увеличивается концентрация носителей заряда. Концентрация носителей заряда увеличивается за счет образования твердого раствора между оксидом цинка и оксидом эрбия. Данное взаимодействие между оксидами цинка и эрбия можно описать с помощью реакции дефектообразования согласно Крегеру — Вику: ZnO - Er2O3 *2Erzn + 3O0 + 2 O2 + 2e . (2) В случае с использованием гадолиния происходит аналогичная ситуация. Увеличение концентрации носителей заряда происходит за счет реакции дефектообразования: ZnO Gd 2 O 3 2GdZn + 3O0 + -O 2 + 2 e '. (3) При увеличении температуры [14] до 900 °С происходит увеличение классификационного напряжения и коэффициента нелинейности. Это связано с тем, что только при температуре 890° С образуется жидкая фаза, с помощью которой добавка распределяется равномерно. При последующем увеличении температуры происходит рост кристаллов, тем самым уменьшается протяженность границы раздела фаз. Несмотря на кажущуюся перспективность, использование одновалентных ионов не приводит к значительному улучшению электрофизических свойств. В работе [1] сообщается, что при добавлении оксида натрия последний ведет себя амфотерно, т. е. ионы натрия образуют смешанный тип твердого раствора, в котором часть ионов натрия замещает ионы цинка в кристаллической решетке, а часть ионов внедряется в междоузлие по реакции: ZnO Na2O — * NaZn + Na" + ZnO. (4) Так, в работе [15] в качестве вещества, образующего «электронные ловушки» в керамике ZnO—Bi 2 O 3 — Sb 2 O 3 — Co2O3 — MnO2 — B2O3 использовали оксид серебра (Ag2O). В результате повысился коэффициент сопротивления деградации, однако коэффициент нелинейности снизился с 38 до 22. 723