بررسی تاثیر پارامترهای فرآوری و تفجوشی قطعات با مقاومت متغییر وابسته به ولتاژ به منظور کنترل ولتاژ و جریان نشتی در ترکیبات پایه zno

مقدمه: مقاومت های وابسته به ولتاژ موسوم به وریستور به دلیل نقش حفاظتی در برابر اثرات مخرب افزایش ولتاژ ناگهانی کاربردهای گسترده ای در صنعت برق و الکترونیک دارند. این پژوهش به بررسی تاثیر شرایط فرآوری و ترکیب شیمیایی بر خواص الکتریکی وریستورهای اکسید روی ولتاژ پایین می پردازد.روش: نمونه های وریستور با با بکارگیری اکسید روی به عنوان پایه اصلی به همراه مجموعه ای از ترکیبات افزودنی شامل اکسیدهای کروم، منگنز، ایتریم، آنتیموان، بیسموت و کبالت تهیه شدند. تاثیر شرایط آسیاب کاری (نوع آسیاب و زمان)، کم وزیاد کردن برخی از ترکیبات افزودنی بر ریزساختار و خواص الکتریکی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف فرآوری نظیر آسیاب کاری و برنامه تفجوشی مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار فازی و ریزساختار نمونه ها با استفاده از پراش اشعه ایکس و میکروسکپ الکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفت. خواص الکتریکی شامل ولتاژ کاری و جریان نشتی نمونه ها نیز با ستاپ ویژه این کار اندازه گیری گردید.یافته ها: نتایج نشان داد که استفاده از آسیاب سیاره ای با زمان کوتاه تر در حدود بیست دقیقه منجر به کاهش چشمگیر آلودگی ناشی از سایش و بهبود جریان نشتی می شود. حذف اکسید ایتریم از ترکیب اولیه باعث کاهش ولتاژ کاری و جریان نشتی گردید. افزایش میزان اکسید منگنز تا دو برابر مقدار اولیه نیز منجر به کاهش ولتاژ کاری شد. افزایش دما و زمان تفجوشی روندی نزولی در ولتاژ کاری و صعودی در جریان نشتی ایجاد کرد.نتیجه گیری: شرایط بهینه فرآوری شامل آسیاب کاری کوتاه مدت با آسیاب سیاره ای، حذف اکسید ایتریم و افزایش اکسید منگنز در ترکیب اولیه، و تفجوشی در دمای 1210 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت منجر به دستیابی به وریستورهایی با ولتاژ کاری مطلوب (کمتر از 500 ولت بر میلیمتر) و جریان نشتی پایین (کمتر از 15 میکروآمپر) گردید. این نتایج نشان می دهد که با کنترل دقیق پارامترهای فرآیند و ترکیب شیمیایی می توان خواص الکتریکی وریستورهای اکسید روی را به طور قابل توجهی بهبود بخشید. این یافته ها می تواند به طراحی و ساخت وریستورهای اکسید روی با عملکرد بهینه کمک کند.

investigation of the effect of processing and sintering parameters on voltage-dependent variable resistors for controlling voltage and leakage current in zno-based compositions

introduction: voltage-dependent resistors, known as varistors, have wide applications in the electrical and electronic industries due to their protective role against the destructive effects of sudden voltage spikes. this research investigates the impact of processing conditions and chemical composition on the electrical properties of zinc oxide varistors .methods: varistor samples were prepared using zinc oxide as the main base material, along with a set of additive compounds including chromium oxide, manganese oxide, yttrium oxide, antimony, bismuth, and cobalt. the effects of milling conditions (type of mill and milling time), the variation in the amount of some additive compounds, and their influence on the microstructure and electrical properties of the samples were studied. additionally, the impact of different processing parameters such as milling and sintering programs was examined. the phase structure and microstructure of the samples were studied using x-ray diffraction and scanning electron microscopy. the electrical properties, including operating voltage and leakage current, were measured with a special setup for this purpose .findings: the results showed that using a planetary mill for a shorter time (around twenty minutes) significantly reduced contamination from wear and improved the leakage current. removing yttrium oxide from the initial composition led to a decrease in the operating voltage and leakage current. increasing the amount of manganese oxide up to twice its initial amount also resulted in a reduction of the operating voltage. higher sintering temperature and time created a downward trend in operating voltage and an upward trend in leakage current.conclusion: the optimal processing conditions include short-term milling with a planetary mill, removal of yttrium oxide, an increase in the amount of manganese oxide in the initial composition, and sintering at 1210°c for 2 hours. these conditions resulted in varistors with desirable operating voltage (less than 500 v/mm) and low leakage current (less than 15 μa). these findings suggest that precise control of process parameters and chemical composition can significantly enhance the electrical properties of zinc oxide varistors. this research can aid in the design and manufacture of zinc oxide varistors with optimal performance.