Share
الخواص الكهربائية والتركيب الدقيق لمقاوم اوكسيد الخارصين السيراميكي المتغير المطعم بالاتربة النادرة == Electrical Properties & Microstructure Of ZnO - Based Varistor Ceramics Doped With Rare Earth
Author name:
عادل اسماعيل كاظم
Supervisor name:
ايسر جمعة ابراهيم | عبد الحميد رحيم مهدي
General topic:
Physics
Specific topic:
Physics
Degree:
Doctorate
University:
University of Baghdad - Ibn Al-Haytham College Of Education For Pure Sciences - Physics Department
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
26T1869 - p.pdf
Abstract:
يعد اوكسيد الخارصين (ZnO) السيراميكي مادة شبه موصلة نوع - n، ويلعب دورا هاما في مدى واسع من العمليات الصناعية والمنتجات التجارية.ان من اكثر الاستعمالات اهمية استعماله لحماية الدوائر الكهربائية والمعدات الالكترونية من الجهد الزائد المدمر نتيجة البرق او الناتج من الارتفاع الكبير والمفاجيء في قيم الجهد الكهربائي, وتسمى المقاوم المتغير المعدني (Metal Oxide Varistor MOV) . يعد المقاوم المتغير نبيطة ذات سلوك غير اومي وخواصه الكهربائية تشبه تقريبا في عملها ثنائي زينر. لغرض دراسة وتوصيف مركبات مقوم اوكسيد الخارصين السيراميكي المتغير وتحسين خواصه الكهربائية, تم تحضير مركباته باضافة بعض الاكاسيد المعدنية وهي Bi2O3، Sb2O3، Co3O4، Cr2O3، وMnO2, حيث تم اختبار تاثيرها لوحدها اولا, وثانيا تم اضافة اكاسيد الاتربة النادرة (M2O3) مع الاكاسيد المذكورة اعلاه واختبار تاثيرها على المقاوم المتغير, حيث ان (M=Dy, La,Y) وبتراكيز مولية ( *10 - 3(1,5,10)).تمت عمليات التحضير والسيطرة على التركيب الدقيق عن طريق التحكم بظروف عمليات الحرق بدءا من عملية الاعداد بخلط اوكسيد الزنك مع الاكاسيد المضافة ومن ثم الحرق في درجة حرارة 600℃ وبمعدل 5 ℃⁄min في الفرن ولمدة ساعتين للعينات جميعها وذلك لازالة الغازات والرطوبة من المساحيق. بعد عملية الحرق تم كبس المساحيق بشكل اقراص بقطر 15mm وسمك 2mm تقريبا تحت ضغط يساوي 25MP.بعد عملية الكبس اجريت عملية التلبيد (تفاعلات الاطوار الصلبة والاطوار السائلة) بدرجات حرارة مختلفة ( 1050, 1100, 1150 ℃ ) وزمن ثابت للعينات جميعها مقداره ساعتين للحصول على الاشكال النهائية والوصول الى الخصائص المطلوبة.تمت دراسة بعض الخواص الفيزيائية للعينات المحضرة وهي الكثافة والمسامية والخواص التركيبية وذلك لغرض تقييم تاثير الاكاسيد المضافة وظروف التحضير على سلوك التطبيق الصناعي للعينات.وقد تبين ان مقدار الكثافة النسبية والمسامية تتاثر بدرجة حرارة التلبيد وبنسب تراكيز اكاسيد الاتربة النادرة المضافة ونوعها,فقد ازداد مقدار الكثافة بازدياد درجة حرارة التلبيد ونسبة او تركيز اكاسيد الاتربة النادرة المضافة ونتيجة لذلك فقد نقص مقدار المسامية.لقد اعطى اختبار التركيب المجهري للمادة المحضرة رؤية واضحة عن الانتشار والنمو الحبيبي , وان نتائج اختبار الاشعة السينية (XRD) اوضحت ان التركيب البلوري لها معيني قائم كما ان قيم (a, b, c) وحجم خلية الوحد قد ازداد بزيادة درجة حرارة التلبيد ونسب تراكيز الاكاسيد المضافة ونوعها.اظهرت الحبيبات النانوية والميكروية ضمن البحث الحالي تاثيرا كبيرا على الخصائص الكهربائية المدروسة والتي صممت لها اداة في المختبر لقياس معامل السلوك اللاخطي, مقدار جهد الانهيار , تيار التسرب, قابلية امتصاص الطاقة , انحدار الجهد وجهد الحدود الحبيبية.حيث تبين ان معامل السلوك اللاخطي يزداد بازدياد تركيز الاكاسيد المضافة وارتفاع درجة حرارة التلبيد ومن ثم يبدا بالنقصان بعد درجة (1100℃) بسبب تطاير وتبخر اوكسيد البزموث وطور(. (Zn7Sb2O12 بينما نقص مقدار جهد الانهيار وقابلية امتصاص الطاقة وانحدار الجهد بازدياد درجة حرارة التلبيد,اما تيار التسرب فقد ازداد مقداره بازدياد درجة حرارة التلبيد, وكذلك بالنسبة لجهد الحدود الحبيبية فقد ازدادت قيمها بازدياد درجة حرارة التلبيد. | ZnO is a ceramic material which tends to intrinsically form as an n - type semiconductor material, which plays an important role in a wide range of industrial processes and commercial products.One of most important usages is a Surge protection device which used to protect power and electronic equipment from the destructive transient overvoltage which arises from lightning or other large - magnitude surge, this device is called metal oxide varistor (MOV).Varistors are voltage dependent, non - ohmic devices whose electrical characteristics are almost similar to back - to - back Zener diodes.Improvement ZnO varistor performance accomplished by doping it by some metal oxides, Bi2O3, Sb2O3, Co3O4, Cr2O3, and MnO2, where they were testing their effect alone first, and second was added rare earth oxides (M2O3) with oxides mentioned above and test their effect on varistor, where (M = Dy, La, Y) and molar concentrations (10 - 3, 5*10 - 3, 10*10 - 3)The preparation process starts from mixing ZnO with additives, calcination at 600℃ in a furnace to remove the gases and the humidity from the powders. Then the calcined powders uniaxially pressed into discs (pellets) of 15 mm in diameter and 2 mm in thickness under a pressure equals to 25MP. After pressing the green pellets sintered under different temperatures (1050, 1100, 1150℃) and a fixed time to accomplish the final shapes and reach the desired properties of the samples.Then the densities of the samples were measured by using Archimedes Principle with mercury liquid to calculate the relative density and the porosity of each sample, and to study the effect of the sintering temperature and REO concentration, which already be obvious the effect of them. The microstructure test of the material prepared gave a clear vision for the diffusion and grain growth, although the results of XRD test showed that the crystal structure is an orthorhombic, and the values of (a, b, c) and the size of a the unit cell has been increased with increase the sintering temperature and ratios of the concentration of oxides added and kind.Micro and nano grains within the present research showed a significant effect on the studied electrical characteristics, which designed a tool in the laboratory for it and to measure the nonlinear coefficient, the amount breakdown voltage, leakage current, the potential gradient, the energy absorption capability, and the voltage per grain boundary. It was found that the nonlinear coefficient increases with the increasing of REO concentration added and increasing sintering temperature and then starts decreased after degree (1100℃ ) due to volatilization and evaporation of bismuth oxide and spinel phase (Zn7Sb2O12).The amount of breakdown voltage, potential gradient, energy absorption capability decreased with rising the sintering temperature, while the leakage current has been increased with increasing the sintering temperature, as well as the voltage per grain boundary has been increased with increasing of the sintering temperature.
