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Influência do óxido de cromo nas propriedades varistoras do óxido de estanho

2005; Linguagem: Português

2639-6459

Vicente de Paulo Borges Marques,

Metallurgical Processes and Thermodynamics

Tin dioxide is a n-type semiconductor which exhibits when doped with other metallic oxides, non-linear electric behavior with high non-linear coefficient values typical of varistors The varistor electrical properties depend on the defects that occur in the grain boundaries. The aim of this work was to study the influence of Cr2O3 in the SZCNb based system, verifying the microstructural and electrical properties, influenced by sintering in oxygen and argon atmospheres. As experimentally observed, there is a dependence of the non-linear coefficient of these materials with the oxygen species, mainly 2 2 O , O , O and O ′ ′ ′′ .The values of the non linear coefficient increase when the material is sintered in oxygen atmosphere. In this way, it is postulated the existence of well defined adsorption sites. These adsorption active sites are due to the presence of defects such as Sn Sn Cr and Co ′ ′′ . The different grain sizes of these systems promote the formation of more than one type of potential barrier. The data obtained by impedance spectroscopy indicate the presence of two time constants, which should not be related to the grain and grain boundary. By associating these two time constants with the grain size distribution, it is proposed that these constants are related to the adsorption of oxygen species in the grain boundary region. The activation energies obtained and compared with those reported in the literature lead us to the agreement with the proposition that oxygen species are adsorbed in the grain boundary region. Introducao 1 1. INTRODUCAO Materiais cerâmicos sao compostos de elementos metalicos e nao-metalicos, como exemplo tem-se o ZnO, SnO2, SiC entre outros. Estes materiais podem ser amorfos ou cristalinos. Os cristalinos possuem arranjos atomicos regularmente distribuidos, ou seja, com uma repeticao periodica de longo alcance. Os policritalinos sao compostos formados pela uniao de varios monocristais, formando os chamados graos. Os graos possuem tamanhos variados e podem apresentar uma morfologia irregular. Estes, unidos por seus limites, formam o contorno de grao. Varistores sao cerâmicas policristalinas e como todo material policristalino possuem alta concentracao de defeitos estruturais, superficiais e eletronicos (intrinsecos e extrinsecos), quando dopados. O tipo e a quantidade destes defeitos estao diretamente relacionados com as diversas etapas de processamento empregados na obtencao das pecas cerâmicas. Portanto, estes sistemas tem como caracteristica principal a presenca de graos, os quais estao interligados por uma interface que e tida como fator determinante das propriedades eletricas. Os varistores sao corpos cerâmicos altamente densos, com caracteristicas naoohmicas. Estes materiais atuam como dispositivos cuja funcao e restringir sobre tensoes transitorias, ou seja, tem como principal funcao manter o valor do potencial eletrico quando ocorre um grande aumento na intensidade do campo eletrico aplicado ( sobre tensao). Sao utilizados em campos de corrente alternada ou em corrente continua, podendo atuar em circuitos de baixa tensao ou em circuito de alta tensao. Uma boa cerâmica varistora possui uma grande capacidade de absorcao de energia, chegando a absorver na ordem de megajoules, apresentando baixos valores relativos a tensao residual, baixos valores de corrente Introducao 2 de fuga e uma rapida resposta frente a transientes de tensao. Os varistores sao tambem conhecidos como resistores nao linear ou limitadores de tensao. Um conceito essencial para se compreender a acao dos varistores cerâmicos policristalinos e o de nao-linearidade entre a corrente e a tensao, as quais sao controladas pela existencia de uma barreira electrostatica no contorno de grao, conhecida por barreira de potencial. A origem desta barreira esta diretamente relacionada com a caracteristica naolinear dos sistemas varistores. A relacao entre corrente e a tensao para um varistor e governada pela relacao: J = K.E (1.1) sendo K uma constante dependente da microestrututa, relacionada com a resistencia eletrica do material e α um numero adimensional que exprime o grau de nao-lineridade, J a densidade de corrente (mA.cm) e E campo eletrico aplicado (V.cm). O valor de α e obtido utilizando a seguinte relacao: )] . 1 ( . 10 ( [ / 1 2 2 − − − = cm mA E cm mA E Log α (1.2) onde E(10 mA.cm) e o campo eletrico determinado em 10mA.cm e E(1mA.cm) e o campo eletrico em 1mA.cm respectivamente. Campo de ruptura (Er) e determinado em 1mA.cm Leite et al (1999). O valor de α esta diretamente relacionado com a qualidade do varistor, podendo ser encontrado acima de 20, para alguns varistores comerciais. Quanto maior os valores de α, maior a nao-linearidade do sistema. Em outras palavras a densidade Introducao 3 de corrente pode atingir varias ordens de grandezas com pequenas variacoes na tensao, como visto na fig1.1 FIGURA 1.1 – Representacao esquematica da densidade de corrente em funcao do campo eletrico em um sistema varistor. A tensao de ruptura e proporcional ao numero medio de barreiras eletricas formadas ( n ), a espessura da amostra (D) e a tensao exibida por barreira (Vb), sendo inversamente proporcional ao tamanho medio de grao ( d ). Por meio das equacoes 1.3 e 1.4, tem-se a correlacao destes parâmetros imprescindiveis ao estudo da formacao de uma barreira de potencial e compreensao do mecanismo responsavel pela propriedade varistora.