تاثیر افزودن SiC بر خواص برقگیرهای نانوکامپوزیت بر پایه ی ZnO زینتر شده در کوره ی میکروویو

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 4، دوره 9، شماره 2، شهریور 1394، صفحه 29-38

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

مانی آزادمند^{* 1}؛ علی نعمتی²؛ کاوه ارزانی³؛ نسترن ریاحی نوری⁴؛ تورج عبادزاده⁵

¹کارشناسی ارشد، گروه سرامیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

²دانشیار، گروه سرامیک، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

³استادیار، گروه سرامیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

⁴استادیار، گروه پژوهشی مواد غیر فلزی، پژوهشگاه نیرو، تهران

⁵دانشیار، گروه سرامیک پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، البرز

چکیده

در تحقیق حاضر برای نخستین بار به بررسی اثر افزودن درصدهای مختلف SiC بر ریز ساختار و خواص الکنریکی برقگیرهای بر پایه ی ZnO زینتر شده در کوره میکروویو پرداخته شد. به این منظور فرمول کلی مطابق فرمول شیمیایی برقگیرهای بر پایه ی ZnO متداول انتخاب و SiC بین 0 تا 10 درصد وزنی جایگزین ZnO در فرمول گردید. جهت بررسی ریزساختار نمونه ها از تصاویر میکروسکوپ الکترونی SEM، و برای بررسی توزیع عناصر از Map Scan استفاده شد. شناسایی فازها با استفاده از پراش اشعه X انجام شد. همچنین خواص برقگیری نمونه ها توسط دستگاه آزمایش I-V اندازه گیری شد. مشاهده شد که افزودن SiC به ترکیب باعث جلوگیری از رشد دانه های ZnO حین زینترینگ می گردد. همچنین با افزودن SiC به ترکیب با ایجاد فاز ویلمیت خواص برقگیری بهبود چشمگیری یافته و در ادامه با افزایش بیشتر درصد SiC، درصد تخلخل افزایش و در نتیجه خواص تقلیل یافت. بهترین خواص برقگیری مربوط به نمونه های ساخته شده حاوی 4 و 6 درصد SiC بود. در این پژوهش به ولتاژ آستانه (V/cm) 10300 V_T=، ضریب غیر خطی 65 =α و جریان نشتی (mA)03/0I_L=  دست یافته شد.

کلیدواژه‌ها

برقگیر؛ کوره میکروویو؛ نانو کامپوزیت؛ ZnO؛ SiC

مراجع

[1]    م. آزادمند، " تاثیر فرایند ساخت و ریزساختار بر خواص الکتریکی برقگیرهای نانوکامپوزیت ZnO/SiC زینتر شده در کوره میکروویو"، پایان نامه ی کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مواد-سرامیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، 1392.

 [2]      M. Houabes & R. Metz, “Rare earth oxides effects on both the threshold voltage and energy absorption capability of ZnO varistors”, Ceramics International, Vol. 33, pp. 1191–1197, 2007.

 [3]      M. A. L. Margionte, A. Z. Simoes, C. S. Riccardi, A. Ries, F. M. Filho, L. Perazolli & J. A. Varela, “Nonlinear characteristics of Cr2O3,WO3, ZnO and CoO doped SnO2varistors” , Materials Letters, Vol. 60, pp. 142 – 146, 2006.

 [4]      P. D. Ramesh, D. Brandon, L. Schachter, “Use of partially oxidized SiC particle bed for microwave sintering of low loss ceramics”, Materials Science and Engineering, Vol. A266, pp. 211–220, 1999.

 [5]      SCENIHR Group, Scientific basis for the definition of the term “nanomaterial”, European Commission, ISSN 1831- ISBN 978-92-79, 2010.

 [6]    م. هوشیار فرد و ح. نوایی الوار و ع. نعمتی و م. فقیهی ثانی، "بهبود خواص الکتریکی برقگیرهای اکسید روی در اثر استفاده از پودر­های نانومتری"، فصلنامه ایران، شماره 3، ص 22-30، پاییز، 1384.

 [7]      M. Peiteado, J. Fernandez & A. Caballero, “Varistors based in the ZnO–Bi2O3 system: Microstructure control and properties”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 27, pp. 3867–3872, 2007.

 [8]      M. A. de la Rubia, M. Peiteado, J. F. Fernandez & A. C. Caballero, “Compact shape as a relevant parameter for sintering ZnO–Bi2O3 based varistors”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 24, pp. 1209–1212, 2004.

 [9]      S. Bernik, S. Macek & B. Ai, “Microstructural and electrical characteristics of Y2O3-doped ZnO–Bi2O3–based varistor ceramics”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 21, pp. 1875–1878, 2001.

 [10]    ا. قانبیگی، "بررسی خواص و ویژگیهای نانو وریستور­های کامپوزیت ZnO-SiC زینتر شده توسط میکروویو"، پایان نامه ی کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مواد-سرامیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، 1389.

 [11]      N. Lin, W. C. Lee, K. S. Liu , H. F. Cheng & M. W. Wu, “On the microwave sintering technology for improving the properties of semiconducting electronic ceramics”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 21, pp. 2085–2088, 2001.

 [12]      G. P. Binner & B. Validhyanthan, “Microwave Sintering of Ceramics”, Vol. 264, pp.725-730, 2004.

[13]      H. Zhijian, G. Masahide & H. Yukio, “Improving sinterability of ceramics using hybrid microwave heating”, journal of materials processing technology, Vol. 209, pp. 2446–2452, 2009.

[14]      C. Leacha, N. K. Ali, D. Cupertinob & R. Freer, “Microwave-assisted sintering of ZnO varistors: Local microstructure and functional property variations”, Materials Science and Engineering, Vol. B170, pp. 15–21, 2010.

 [15]      X. Dong, C. Xiao-nong & Y. Xue-hua, “Sintering process as relevant parameter for Bi2O3 vaporization from ZnO-Bi2O3-based varistor ceramics”, Trans. Nonferrous metal. Soc.China, Vol. 19, pp. 1526-1532, 2009.

[16]      H. Chang, H. D. Park, K. S. Sohn & J. D. Lee, “Electronic Structure of Zn2SiO4 and Zn2SiO4: Mn”, Journal of the Korean Physical Society, Vol. 34, No. 6, pp. 545-548, 1999.

 [17]      Bakin & S. Andrey, “SiC materials and devices”, World Scientific, ISBN 981-256-835-2, pp. 43–76, 2006.

 [18]      T. Ayalew, “SiC Semiconductor Devices Technolgy, Modeling, and Simulation”, Ph.D. Thesis Technical University of Vienna, 2010.