ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的导电过程与等效势垒高度
ZnO压敏电阻基本特性微观结构
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ＺｎＯ压敏电阻的基本特性与微观结构Basic characteristic and microstructure of ZnO varistors季幼章中国科学院等离子体物理研究所合肥２３００３１摘要： ZnO 压敏电阻是一种电阻值对外加电压敏感的半导体敏感元件，主要功能是辨别和限制瞬态过电压，反复使用不损坏。
ZnO 压敏电阻的基本特性包括电学特性、物理特性和化学特性。
微观结构是体现这些性质的媒介，是 ZnO 压敏电阻的基础。
关键词：ZnO 压敏电阻；电学性质；物理特性；化学特性；微观结构１引言ＺｎＯ压敏电阻是半导体电子陶瓷器件，主要功能是识别和限制瞬态过电压，反复使用而不损坏。
它的电流（Ｉ）—电压（Ｕ）特性是非线性的，与稳压二极管相似。
但与二极管不同，压敏电阻能限制的过电压在两个极性上相等，于是呈现的Ｉ－Ｕ特性很象两个背对背的二极管。
压敏电阻能用于交流和直流电场，电压范围从几伏到几千伏，电流范围从毫安到几千安。
压敏电阻还附加有高能量吸收能力的特性，范围从几焦耳到几千焦耳。
它的通用性使得压敏电阻在半导体工业和电力工业都有应用。
ＺｎＯ压敏电阻是用半导体ＺｎＯ粉末和其它氧化物粉末如：Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ等经过混合、压型和烧结工艺而制成。
得到的产品是具有晶界特性的多晶陶瓷，这一边界特性决定了压敏电阻的非线性Ｉ－Ｕ特性。
ＺｎＯ压敏电阻的基本特性包括电学特性、物理特性和化学特性。
微观结构是体现这些性质的媒介，是ＺｎＯ压敏电阻的基础。
敏电阻的作用接近于绝缘体，此后它的作用相当于导体。
对设计者关注的电学特性，是它在导电过程的非线或非欧姆特性，以及它作为电阻时，正常工作电压下的低泄漏电流（功率损耗）。
这些特性能够用曲线的三段重要区域来说明。
图１在宽电流密度和电场范围上的典型Ｉ－Ｕ曲线2.1.1 小电流线性区２ＺｎＯ压敏电阻的基本特性2.1 ZnO 压敏电阻的电性质ＺｎＯ压敏电阻最重要的性质是它的非线性Ｉ－Ｕ特性，如图１所示。
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。
1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。
压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。
1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。
最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。
1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。
一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。
1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。
ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。
高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备、性能及机理研究的开题报告
高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备、性能及机理研究的开题报告1. 研究背景随着现代电子技术的发展，压敏材料在电子元器件中的应用越来越广泛。
因此，对压敏材料的研究和制备变得越来越重要。
高电位梯度ZnO压敏陶瓷作为一种性能优异的压敏材料，具有灵敏度高、稳定性好、可靠性高等优点，同时也能够适应不同的使用环境。
因此，对高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备、性能、机理等方面开展研究具有重要意义。
2. 研究目的和意义本研究旨在深入探究高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备、性能及机理，并寻求制备高性能高电位梯度ZnO压敏陶瓷的方法。
通过对高电位梯度ZnO压敏陶瓷进行理论分析和实验研究，将有助于提高高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备工艺，探究高电位梯度ZnO压敏陶瓷的性能和机理，同时也为相关领域的学术研究提供新的思路和方法。
3. 研究内容和方案(1) 高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备方案：选择适合的制备方法，对材料制备条件进行控制，确保材料的高纯度、均匀性和致密度。
(2) 高电位梯度ZnO压敏陶瓷的性能测试方案：对制备好的高电位梯度ZnO压敏陶瓷进行性能测试，包括电学性能、力学性能等方面的测试。
(3) 高电位梯度ZnO压敏陶瓷机理分析方案：通过分析材料的晶体结构、成分分析、界面结构等方面的数据，深入探究高电位梯度ZnO压敏陶瓷的机理。
4. 研究进度安排预计本研究将于一年内完成。
第1-2个月：文献调研和理论研究。
第3-6个月：高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备和实验研究。
第7-8个月：高电位梯度ZnO压敏陶瓷的性能测试。
第9-10个月：机理分析和数据处理。
第11-12个月：研究结果分析、结论撰写和论文写作。
5. 预期成果(1) 高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备工艺及性能测试数据。
(2) 高电位梯度ZnO压敏陶瓷的机理分析。
(3) 发表本研究相关的学术论文。
(4) 提高高电位梯度ZnO压敏陶瓷的制备工艺，推动相关领域的研究发展。
压敏陶瓷简介
1 前言1.1 压敏陶瓷概述压敏陶瓷材料是一种自身电阻随外加电压变化而变化的电子元件。
在一定电压范围内压敏电阻呈现高阻态，当外加电压超出所限定的范围后，压敏电阻自身阻值迅速减小，通过的电流以指数方式急剧增大。
压敏电阻的典型特征就是这种非线性I—V 特性。
这种非线性的I—V关系与稳压二极管的反向电流电压关系曲线类似，不同的是压敏电阻没有极性，双向电流电压关系曲线反对称，因此压敏电阻更像两个背靠背的稳压二极管，这一特性使得压敏电阻既可以应用于直流电路也可以应用于交流电路。
而且压敏电阻可适用的电压和电流范围也比稳压二极管要大的多，电压可由几伏到几万伏，电流则在毫安至数千安之间，其吸收多余能量的能力，最大可达到兆焦耳。
可以用这种半导体陶瓷材料制成非线性电阻器，即压敏电阻器。
压敏电阻器的应用很广，可以用于抑制电压浪涌、过电压保护。
由于压敏电阻器在保护电力设备安全、保障电子设备正常稳定工作方面有重要作用，且由于其造价低廉，制作方便，因此在航空、航天、电力、邮电、铁路、汽车和家用电器等领域获得广泛的应用。
最早的压敏电阻是以SiC材料制成的。
自从1969年Matsuoka等人发现引入掺杂离子的ZnO具有压敏行为，人们对压敏电阻的认识和研究才开始取得较大的进展。
在以后的十几年里，人们对ZnO压敏材料进行了深入、广泛的研究，到八十年代中后期，人们对ZnO压敏材料的实验和理论研究基本成熟。
目前已有的较为成功的理论模型就是以ZnO材料为基础进行研究而逐步建立起来的。
由于ZnO压敏电阻器具有造价低廉、非线性特性优良（a＞50）、响应速度快（＜25 ns）、漏电流小（＜20 ìA）、通流容量大（≥2 500 A/cm2）等优点，在近30 多年间，作为压敏电阻器典型代表之一在通信、电力、家电和工业控制等诸多领域得到了广泛的应用，在压敏电阻器中占据主要地位，获得ZnO系的低压化也是国内外研究的重点。
但是人们发现ZnO压敏材料掺杂成分和相结构组成都比较复杂，所以在提高ZnO压敏材料性能的同时，科研工作者也一直在探索新的压敏材料。
ZnO压敏陶瓷的研究进展
ZnO压敏陶瓷的研究进展摘要：ZnO压敏陶瓷是众多压敏陶瓷中性能最优异的一种，它是以ZnO为主原料，通过掺杂Bi2O3、TiO2、Co2O3、MnO2、Cr2O3和Nb2O5等氧化物改性烧结而成。
本文通过介绍ZnO粉体的合成方法、掺杂改性等方面入手，对ZnO压敏陶瓷的发展趋势进行探讨，并针对某些共性问题提出自己的一些看法。
关键词：ZnO压敏陶瓷；掺杂；制备；发展趋势The development trends of ZnO varistor ceramic Abstract: The ZnO varistor ceramic is one of the varistor ceramics which with best properties. The main raw material is ZnO, then mixed with some oxides ,such as Bi2O3、TiO2、Co2O3、MnO2、Cr2O3、Nb2O5 and so on ,to change it’s properties and sinter it .This text briefly described the methods of producing ZnO powder and mixing something to change the properties of it .Present situation in development of varistor ceramic as well as its developing tendency was also analyzed .Some suggestions and opinions were proposed for problems on common characteristics. Key words: ZnO varistor ceramic; mixed; produce; developing tendency1.前言ZnO压敏陶瓷是一种多功能新型陶瓷材料，它是以ZnO主为体，添加若干其他改性金属氧化物的烧结体材料。
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用
氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。
1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。
压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。
1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。
最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。
1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。
一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。
1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。
ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。
压敏陶瓷05
我国压敏电阻器
• 我国压敏电阻器始于1976 年，其规模性生产是近几年 才有所发展的，产品的性能和产量已基本能满足国内 自身的需要，但与国际同行业相比仍存在一定的差距， 如日本松下、德国西门子、美国Harris、日本北陆等 公司的年产量都超过亿只，市场上的后起之秀是中国 的台湾，总产量达100M/ 月，而国内产量上亿只的生 产厂家很少，只有一两家。
Bi2O3的作用
• Bi2O3 是ZnO 压敏陶瓷中不可缺少的添加剂； • 因为Bi2O3 的熔点比ZnO 和其它添加剂的熔点低得多， 在温度较低时就可熔化为液相，此液相推动其它氧化物 均匀地分布在ZnO 晶粒和晶界中； • 冷却时由于Bi3 + 离子半径(0. 110nm) 远比Zn2 +(0. 074nm) 大，不能进入ZnO 晶粒而偏析在晶界，导致各种添加剂 都向晶界偏聚，形成一个很薄的界面，使晶界势垒很高， 从而提高了ZnO 压敏电阻器的非线性系数，使电流通流 能力提高。 • 但若添加量过大，使非线性系数和耐电流通流能力降低。
我国压敏电阻器
• 目前，日本、美国在制造低压压敏电阻方面处于领先 地位，如性可达到30，通流容量也 较大。 • 我国这种产品的研制与生产还比较落后，标称电压低 于20V 的产品只有个别厂家可以生产，且性能不够稳 定，还不能大批量生产，而国内对这种产品的需求量 与日俱增。
热解法
• E. I. Tiffee采用了喷雾热解法制粉。将醋酸锌、醋酸钴、 醋酸锰等配成溶液， 用热醋酸溶解 Sb(C2H3O2)3 ，用 稀硝酸溶解 BiONO3· H2O ，把这三种溶液混合稀释成 0.1~0.5 mol/L 。用超声雾化器将稀释溶液喷入炉内蒸 发分解，使雾化的液滴蒸发、分解、结晶很快完成， 得到粉体。
功能材料试题及参考答案
功能材料试题及参考答案功能材料试题及参考答案篇一：功能材料试题参考答案一、名词解释（共24分，每个3分）居里温度：铁电体失去自发极化使电畴结构消失的最低温度（或晶体由顺电相到铁电相的转变温度）。
铁电畴：铁电晶体中许许多多晶胞组成的具有相同自发极化方向的小区域称为铁电畴。
电致伸缩：在电场作用下，陶瓷外形上的伸缩（或应变）叫电致伸缩。
介质损耗：陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗，一部分电场能转变成热能。
单位时间内消耗的电能叫介质损耗。
n型半导体：主要由电子导电的半导体材料叫n型半导体。
电导率：电导率是指面积为1cm2，厚度为1cm的试样所具有的电导（或电阻率的倒数或它是表征材料导电能力大小的特征参数）。
压敏电压：一般取I=1mA时所对应的电压作为I随V陡峭上升的电压大小的标志称压敏电压。
施主受主相互补偿：在同时有施主和受主杂质存在的半导体中，两种杂质要相互补偿，施主提供电子的能力和受主提供空状态的能力因相互抵消而减弱。
二、简答（共42分，每小题6分）1.化学镀镍的原理是什么？答：化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂（次磷酸盐）的作用下，在具有催化性质的瓷件表面上，使镍离子还原成金属、次磷酸盐分解出磷，获得沉积在瓷件表面的镍磷合金层。
由于镍磷合金具有催化活性，能构成催化自镀，使得镀镍反应得以不断进行。
2.干压成型所用的粉料为什么要造粒？造粒有哪几种方式？各有什么特点？答：为了烧结和固相反应的进行，干压成型所用粉料颗粒越细越好，但是粉料越细流动性越差；同时比表面积增大，粉料占的体积也大。
干压成型时就不能均匀地填充模型的每一个角落常造成空洞、边角不致密、层裂、弹性后效等问题。
为了解决以上问题常采用造粒的方法。
造粒方式有两种方式：加压造粒法和喷雾干燥法。
加压造粒法的特点是造出的颗粒体积密度大、机械强度高、能满足大型和异型制品的成型要求。
但是这种方法生产效率低、自动化程度不高。
喷雾干燥法可得到流动性好的球状团粒，产量大、可连续生产，适合于自动化成型工艺。
ZnO压敏陶瓷的研究进展及发展前景
ZnO压敏陶瓷的研究进展及发展前景作者：王先龙来源：《佛山陶瓷》2016年第07期摘要：本文叙述了ZnO压敏陶瓷材料的最新研究进展，阐述了它的非线性伏安特性，并对该特性作用机理进行了微观解析，概述了ZnO压敏陶瓷材料的发展趋势，并对发展中遇到的问题提出了建议和解决措施。
关键词：ZnO；压敏陶瓷；压敏材料；非线性伏安特性1 引言压敏材料是指在某一特定电压范围内材料的电阻值随加于其上电压不同而发生显著变化的具有非线性欧姆特性的电阻材料，其中以ZnO压敏陶瓷材料的特性最佳。
ZnO是一种新型的功能陶瓷，具有优良的非线性伏安特性、极好的吸收浪涌电压、响应速度快、漏电流小等优点[1]，被广泛应用于电力系统、军工设备、通讯设备和家庭生活等许多方面。
它作为保护元件在过压保护上发挥着越来越重要的作用，因此加强对ZnO压敏陶瓷的深入开发研究具有重要的现实意义。
2 ZnO压敏陶瓷研究现状自1968年日本松下公司报道以来，ZnO压敏陶瓷因其优异的压敏特性引起了广泛关注，如今已然成为高新技术领域半导体陶瓷发展的重要一极。
经过众多科研工作者近50年坚持不懈的探索，在配方、制作工艺、形成机理及伏安特性的微观解析等方面都进行了系统的研究，从而全面提升了ZnO压敏陶瓷的综合性能。
同时还总结出了大量适用于工业生产的制作工艺，扩展了使用范围。
在世界范围内，日本生产的功能陶瓷产品占有绝对优势，欧美国家也占有相当的市场份额。
与这些发达国家相比，我国对功能陶瓷的研究、生产及应用开始得较晚，在配方、生产工艺、过程控制及产品性能等方面存在较大差距（例如：高纯超细粉料制备技术；先进装备及现代化检测手段；组分设计、晶界相与显微结构控制；新材料、新工艺与新应用的探索[2]），尤其是在产业化方面更甚。
近二十年，在现代科技的推动下功能陶瓷技术迅速发展，我国功能陶瓷的生产企业已具有一定的规模（如珠海粤科京华功能陶瓷有限公司，淄博安德浩工业陶瓷公司等企业），但还存在基础研究投入不足，关键性的研究基础仍较薄弱，创新能力不足，缺乏生产高端产品的关键技术等问题。
压敏电阻选用的基本知识
的基本知识什么是及其分类与参数压敏电阻器简称VSR,是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件;它在电路中用文字符号“RV”或“R”表示,图1-21是其电路图形符号;一器的种类压敏电阻器可以按结构、制造过程、使用材料和伏安特性分类;1．按结构分类压敏电阻器按其结构可分为结型压敏电阻器、体型压敏电阻器、单颗粒层压敏电阻器和薄膜压敏电阻器等;结型压敏电阻器是因为电阻体与金属电极之间的特殊接触,才具有了非线性特性,而体型压敏电阻器的非线性是由电阻体本身的半导体性质决定的;2．按使用材料分类压敏电阻器按其使用材料的不同可分为氧化锌压敏电阻器、碳化硅压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器、锗硅压敏电阻器、钛酸钡压敏电阻器等多种;3．按其伏安特性分类压敏电阻器按其伏安特性可分为对称型压敏电阻器无极性和非对称型压敏电阻器有极性;二的结构特性与作用1．压敏电阻器的结构特性压敏电阻器与普通电阻器不同,它是根据半导体材料的非线性特性制成的;图1-22是压敏电阻器外形,其内部结构如图1-23所示;普通电阻器遵守欧姆定律,而压敏电阻器的电压与电流则呈特殊的非线性关系;当压敏电阻器两端所加电压低于标称额定电压值时,压敏电阻器的电阻值接近无穷大, 内部几乎无电流流过;当压敏电阻器两端电压略高于标称额定电压时,压敏电阻器将迅速击穿导通,并由高阻状态变为低阻状态,工作电流也急剧增大;当其两端电压低于标称额定电压时,压敏电阻器又能恢复为高阻状态;当压敏电阻器两端电压超过其最大限制电压时,压敏电阻器将完全击穿损坏,无法再自行恢复;2．压敏电阻器的作用与应用压敏电阻器广泛地应用在家用电器及其它电子产品中,起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用;图1-24是压敏电阻器的典型应用电路;三的主要参数压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等;1．压敏电压：MYG05K规定通过的电流为,MYG07K、MYG10K、MYG14K、MYG20K标称电压是指通过1mA直流电流时,压敏电阻器两端的电压值;2．最大允许电压最大限制电压：此电压分交流和直流两种情况,如为交流,则指的是该压敏电阻所允许加的交流电压的有效值,以ACrms表示,所以在该交流电压有效值作用下应该选用具有该最大允许电压的压敏电阻,实际上V1mA与ACrms间彼此是相互关联的,知道了前者也就知道了后者,不过ACrms对使用者更直接,使用者可根据电路工作电压,可以直接按ACrms来选取合适的压敏电阻;在交流回路中,应当有：minU1mA ≥～Uac,式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值;上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时,有适当的安全裕度;对直流而言在直流回路中,应当有：minU1mA ≥～2Udc,式中Udc为回路中的直流额定工作电压;在交流回路中,应当有：minU1mA ≥～Uac,式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值;上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时,有适当的安全裕度;在信号回路中时,应当有：minU1mA≥～Umax,式中Umax为信号回路的峰值电压;压敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定;一般而言,压敏电阻的通流容量要大于等于防雷电路设计的通流容量;3．通流容量：通流容量也称通流量,是指在规定的条件以规定的时间间隔和次数,施加标准的冲击电流下,允许通过压敏电阻器上的最大脉冲峰值电流值;一般过压是一个或一系列的脉冲波;实验压敏电阻所用的冲击波有两种,一种是为8/20μs波,即通常所说的波头为8μs波尾时间为20μs 的脉冲波,另外一种为2ms 的方波,如下图所示：4．最大限制电压：最大限制电压是指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值,它表示在规定的冲击电流Ip通过压敏电阻时次两端所产生的电压此电压又称为残压,所以选用的压敏电阻的残压一定要小于被保护物的耐压水平V o,否则便达不到可靠的保护目的,通常冲击电流Ip值较大,例如2.5A或者10A,因而压敏电阻对应的最大限制电压Vc相当大,例如MYG7K471其Vc=775Ip=10A时;5．最大能量能量耐量：压敏电阻所吸收的能量通常按下式计算W=kIVTJ其中I——流过压敏电阻的峰值V——在电流I流过压敏电阻时压敏电阻两端的电压T——电流持续时间k——电流I的波形系数对：2ms的方波k=18/20μs波k=10/1000μs k=压敏电阻对2ms方波,吸收能量可达330J每平方厘米；对8/20μs波,电流密度可达2000A每立方厘米,这表明他的通流能力及能量耐量都是很大的一般来说压敏电阻的片径越大,它的能量耐量越大,耐冲击电流也越大,选用压敏电阻时还应当考虑经常遇到能量较小、但出现频率次数较高的过电压,如几十秒、一两分钟出现一次或多次的过电压,这时就应该考虑压敏电阻所能吸收的平均功率;6．电压比：电压比是指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为时产生的电压值之比;7．额定功率：在规定的环境温度下所能消耗的最大功率;8．最大峰值电流一次：以8/20μs标准波形的电流作一次冲击的最大电流值,此时压敏电压变化率仍在±10%以内;2次：以8/20μs标准波形的电流作两次冲击的最大电流值,两次冲击时间间隔为5分钟,此时压敏电压变化率仍在±10%以内;9．残压比：流过压敏电阻器的电流为某一值时,在它两端所产生的电压称为这一电流值为残压;残压比则的残压与标称电压之比;10．漏电流：漏电流又称等待电流,是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下,流过压敏电阻器的电流;11．电压温度系数：电压温度系数是指在规定的温度范围温度为20~70℃内,压敏电阻器标称电压的变化率,即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时,温度改变1℃时压敏电阻两端的相对变化;12．电流温度系数：电流温度系数是指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时,温度改变1℃时,流过压敏电阻器电流的相对变化;13．电压非线性系数：电压非线性系数是指压敏电阻器在给定的外加电压作用下,其静态电阻值与动态电阻值之比;14．绝缘电阻：绝缘电阻是指压敏电阻器的引出线引脚与电阻体绝缘表面之间的电阻值; 15．静态电容：静态电容是指压敏电阻器本身固有的电容容量;压敏电阻标称参数n~Un7U/用字母“MY”表示,如加J为家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面;压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量,但不能承受毫安级以上的持续电流,在用作过压保护时必须考虑到这一点;压敏电阻的选用,一般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数; W7kLC| Fp_WtTGma41、所谓压敏电压,即击穿电压或阈值电压;指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA 直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值,其产品的压敏电压范围可以从10－9000V不等;可根据具体需要正确选用;一般V1mA==,式中,Vp为电路额定电压的峰值;VAC为额定交流电压的有效值;ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的,它关系到保护效果与使用寿命;如一台用电器的额定电源电压为220V,则压敏电阻电压值V1mA= =××220V=476V,V1mA==×220V=484V,因此压敏电阻的击穿电压可选在470－480V之间; h\DnOs_kqLf W<im2、所谓通流容量,即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下,对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变化不超过±10％时的最大脉冲电流值;为了延长器件的使用寿命,ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量;然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好;在许多情况下,实际发生的通流量是很难精确计算的,则选用2－20KA的产品;如手头产品的通流量不能满足使用要求时,可将几只单个的压敏电阻并联使用,并联后的压敏电不变,其通流量为各单只压敏电阻数值之和;要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同,否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻; ow7% P" 9<xaGPb4<1 氧化锌压敏电阻的发展h Air7\1967 年7月,松下电器公司无线电实验室的松冈道雄在研究金属电极—氧化锌陶瓷界面时,无意中发现氧化锌ZnO加氧化铋Bi2O3复合陶瓷具有非线性的伏安特性;进一步实验又发现,如果在以上二元系陶瓷中再加微量的三氧化二锑Sb2O3、三氧化二钴Co2O3、二氧化锰MnO2、三氧化二铬Cr2O3等多种氧化物,这种复合陶瓷的非线性系数可以达到50左右,伏安特性类似两只反并联的齐纳二极管,通流能力不亚于碳化硅SiC 材料,临界击穿电压可以通过改变元件尺寸方便地加以调节,而且这种性能优异的压敏元件通过简单的陶瓷工艺就能制造出来,其性能价格比极高; k+No b理论研究X$XP\ i/1972 年美国通用电气公司GE购买了松下电器公司有关氧化锌压敏材料的大部分专利和技术决窍;自从美国掌握了氧化锌压敏陶瓷的制造技术以后,大规模地进行了这种陶瓷材料的基础研究工作;自80年代起,对氧化锌压敏陶瓷材料的研究逐渐走进了企业;迄今为止,主要的理论研究工作都是在美国完成的;主要的研究课题有：\e n\-y1 以解释宏观电性为目的的导电模型的微观结构的研究70～80年代；qkq-ByATh2 以材料与产品开发为目的的配方机理和烧结工艺的研究70～80年代； .{E=;3 氧化锌压敏陶瓷材料非线性网络拓扑模型的研究80～90年代；YQFIHq54 氧化锌压敏陶瓷复合粉体的制备研究80～90年代；/&{j2`5 纳米材料在氧化锌压敏陶瓷中的应用研究90年代; }5j>Ne研制开发> ck'70 年代末到80年代,基础理论研究取得了重大进展;据不完全统计,截止到1998年,公开发表的论文和专利说明书等累计达700多篇,其中有关基础研究的约占一半;在基础研究的推动下,80～90年代,压敏陶瓷的材料开发速度大大加快,目前已取得的成果有：cGg$Eqh&1 氧化锌压敏陶瓷的电压梯度已从最初的150V/mm扩散到20～250V/mm几十个系列,从集成电路到高压、超高压输电系统都可以使用；04,=TLC5 r2 开发出大尺寸元件,直径达120mm,2ms方波,冲击电流达到1200A,能量容量平均可达300J/cm3左右；|V>7MRD3 汽车用85～120℃工作温度下的高能元件；PQIS0$+4 视在介电常数小于500的高频元件；s/nr/Hh5 压敏—电容双功能电磁兼容EMC元件；CE5^j 5wA6 毫秒级三角波、能量密度750J/cm3以上的低压高能元件；=5}pC1wNtS7 老化特性好、电容量大、陡波响应快的无铋Bi系氧化锌压敏元件；b~d_49S;8 化学共沉淀法和热喷雾分解法压敏电阻复合粉体制备技术；z{JjY9 压敏电阻的微波烧结技术； .92uuD10 无势垒氧化锌大功率线性电阻; UCqsh PuT K-0k 3$9eU2 器的应用原理B5_><|压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合;压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护,防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流如雷击等而造成对它们的损坏;使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上,当电压瞬间高于某一数值时, 压敏电阻器阻值迅速下降,导通大电流,从而保护IC或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时,压敏电阻器阻值极高,近乎开路,因而不会影响器件或电器设备的正常工作; een'WWl压敏电阻器的应用广泛,压敏电阻主要可用于直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路;从手持式电子产品到工业设备,其规格与尺寸多种多样;随着手持式电子产品的广泛使用,尤其是、手提电脑、PDA、数字相机、医疗仪器等,其电路系统的速度要求更高,并且要求工作电压更低,这就对压敏电阻器提出了体积更小、性能更高的要求;因此,表面组装的压敏电阻器元件也就开始大量涌现,而其销售年增长率要高于有引线的压敏电阻器一倍多; +bKzzB'预计2002年压敏电阻器的市场增长率为13％,其中,多层片式压敏电阻器市场增长率为20％～30％,径向引线产品增长率为5％～10％;需求主要来自于电源设备,包括DC电源设备、不间断电源,以及新的消费类电子产品,如数字音频/视频设备、视频游戏,数字相机等;片式压敏电阻器已占美国市场销售总额的40％～45％;0402尺寸的片式压敏电阻器最受欢迎;0201尺寸的产品尚未上市;AVX公司的0402片式压敏电阻器有、9V、14V 和18V等几种电压范围的产品,它们的额定功率为50mJ,典型电容值范围从90pF18V的产品～360pF的产品; MaidaDevelopment公司也生产片式系列的压敏电阻器,但目前只推出了非标准尺寸的产品,1210、1206、0805、0603和0402 的产品正在试产; eBfyQuLittelfuse 公司在2000年底前推出0201的产品;AVX和Littelfuse公司已推出电压抑制器阵列,如AVX推出的Multiguard系列四联多层陶瓷瞬态电压抑制器阵列即压敏电阻器阵列已经被市场接纳;可节省50％的板上空间,75％的生产装配成本;Multiguad系列采用1206型规格;其中有一种双联元件采用0805规格,工作电压有、9V、14V和18V等几种,额定功率为;AVX公司推出Transfeed多层陶瓷瞬态电压抑制器;该产品综合了公司Transguard系列压敏电阻器和Feedthru系列电容器/滤波器的功能;采用0805规格;该组件具有性能优势,更快的导通时间或称响应时间,在200ps～250ps之间和更小的并行系数; 6z^X'0Littelfuse 制造的MLN浪涌阵列组件1206规格,内装4只多层压敏电阻器;该产品的ESD达到IEC671000－4－2第四级水平;其主要特性包括：感抗1nH,相邻通道串扰典型值50dB频率1MHz时,在额定电压工作状态下,漏电流为5A,工作电压高达18V,电容值可由用户指定;这种MLN 贴片组件可用于板级ESD保护,应用领域包括手持式产品、电脑产品、工业及医疗仪器等; lZ prD= EPCOS公司推出了T4N－A230XFV集成浪涌抑制器,内含两只压敏电阻器和一种短路装置;该产品用于电信中心局和用户线一侧的通信设备保护; PS;6g$NM= 9q%s\3.压敏电阻的选用压敏电阻是一种限压型保护器件;利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护;压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等;压敏电阻的响应时间为ns级,比空气放电管快,比TVS管稍慢一些,一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求;压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围,很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑;压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小;压敏电阻的压敏电压minU1mA、通流容量是电路设计时应重点考虑的;在直流回路中,应当有：minU1mA ≥～2Udc,式中Udc为回路中的直流额定工作电压;在交流回路中,应当有：minU1mA ≥～Uac,式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值;上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时,有适当的安全裕度;在信号回路中时,应当有：minU1mA≥～Umax,式中Umax为信号回路的峰值电压;压敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定;一般而言,压敏电阻的通流容量要大于等于防雷电路设计的通流容量;选用压敏电阻器前,应先了解以下相关技术参数：●标称电压即压敏电压是指在规定的温度和直流电流下,压敏电阻器两端的电压值;●漏电流：指在25℃条件下,当施加最大连续直流电压时,压敏电阻器中流过的电流值;●等级电压是指压敏电阻中通过8／20等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值;●通流量是表示施加规定的脉冲电流8／20μs波形时的峰值电流;●浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ipm或最大浪涌电压Vpm和浪涌源阻抗Zo、浪涌脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的最小时间间隔Tm以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内,浪涌脉冲的总次数N等;a．压敏电压的选取一般地说,压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用,在正常情况下,压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压,即使在电源波动情况最坏时,也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压,该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值;对于过压保护方面的应用,压敏电压值应大于实际电路的电压值, 一般应使用下式进行选择：＝av／bcVmA式中：a为电路电压波动系数,一般取1．2；v为电路直流工作电压交流时为有效值；b为压敏电压误差,一般取0．85；c为元件的老化系数,一般取0．9；实际数值是直流工作电压的1．5倍,在交流状态下还要考虑峰值,因此计这样计算得到的VmA算结果应扩大1．414倍;另外,选用时还必须注意：1必须保证在电压波动最大时,连续工作电压也不会超过最大允许值,否则将缩短压敏电阻的使用寿命；2在电源线与大地间使用压敏电阻时,有时由于接地不良而使线与地之间电压上升,所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器;b．通流量的选取通常产品给出的通流量是按产品标准给定的波形、冲击次数和间隙时间进行脉冲试验时产品所能承受的最大电流值;而产品所能承受的冲击数是波形、幅值和间隙时间的函数,当电流波形幅值降低50％时冲击次数可增加一倍,所以在实际应用中,压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量;c．应用图1所示是采用压敏电压器进行电路浪涌和瞬变防护时的电路连接图;对于压敏电阻的应用连接,大致可分为四种类型：第一种类型是电源线之间或电源线和大地之间的连接,如图1a所示;作为压敏电阻器,最具有代表性的使用场合是在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在浪涌脉冲等情况下对电子产品起保护作用;一般在线间接入压敏电阻器可对线间的感应脉冲有效,而在线与地间接入压敏电阻则对传输线和大地间的感应脉冲有效;若进一步将线间连接与线地连接两种形式组合起来,则可对浪涌脉冲有更好的吸收作用;第二种类型为负荷中的连接,见图1b;它主要用于对感性负载突然开闭引起的感应脉冲进行吸收,以防止元件受到破坏;一般来说,只要并联在感性负载上就可以了,但根据电流种类和能量大小的不同,可以考虑与R－C串联吸收电路合用;第三种类型是接点间的连接,见图1c;这种连接主要是为了防止感应电荷开关接点被电弧烧坏的情况发生,一般与接点并联接入压敏电阻器即可;第四种类型主要用于半导体器件的保护连接,见图1d;这种连接方式主要用于可控硅、大功率三极管等半导体器件,一般采用与保护器件并联的方式,以限制电压低于被保护器件的耐压等级,这对半导体器件是一种有效的保护;在电子镇流器和节能灯过压保护的压敏电阻,一般小于20W选用MYG07K系列,30W-40W一般选用MYG10系列的压敏电阻做过压保护4 氧化锌存在的问题现有压敏电阻在配方和性能上分为相互不能替代的两大类：高压型压敏电阻高压型压敏电阻,其优点是电压梯度高100～250V/mm、大电流特性好V10kA/V1mA≤但仅对窄脉宽2≤ms的过压和浪涌有理想的防护能力,能量密度较小,50～300J/cm3;高能型压敏电阻高能型压敏电阻,其优点是能量密度较大300J/cm3～750J/cm3,承受长脉宽浪涌能力强,但电压梯度较低20V/mm～500V/mm,大电流特性差V10kA/V1mA>;这两种配方的性能差别造成了许多应用上的“死区”,例如：在10kV电压等级的输配电系统中已经广泛采用了真空开关,由于它动作速度快、拉弧小,会在操作瞬间造成极高过压和浪涌能量,如果选用高压型压敏电阻加以保护如氧化锌避雷器,虽然它电压梯度高、成本较低,但能量容量小,容易损坏；如果选用高能型压敏电阻,虽然它能量容量大,寿命较长,但电压梯度低,成本太高,是前者的5～13倍;在中小功率变频电源中,过压保护的对象是功率半导体器件,它对压敏电阻的大电流特性和能量容量的要求都很严格,而且要同时做到元件的小型化;高能型压敏电阻在能量容量上可以满足要求,但大电流性能不够理想,小直径元件的残压比较高,往往达不到限压要求；高压型压敏电阻的大电流特性较好,易于小型化,但能量容量不够,达不到吸能要求;目前中小功率变频电源在国内外发展非常迅速,国内销售量已近100亿元/年,但压敏电阻在这一领域的应用几乎还是空白;压敏电阻的失效模式主要是短路,当通过的过电流太大时,也可能造成阀片被炸裂而开路;压敏电阻使用寿命较短,多次冲击后性能会下降;因此由压敏电阻构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题;解决上述问题的有效方法是提高高压型压敏电阻的能量密度,或提高高能型压敏电阻的电压梯度和非线性系数降低残压比,即开发高压高能型压敏电阻;5 应用纳米材料改性压敏电阻氧化锌压敏陶瓷属体型压敏材料,电压、电流特性对称,压敏电压和通流能力可以控制,具有很高的非线性系数,成为当今压敏材料中的一个重要分支;为了解决高压型压敏电阻与高能型压敏电阻应用上的“死区”,提出添加纳米材料进行压敏电阻改性实验研究,制得高压高能型压敏电阻,将能大幅度提高电压梯度、非线性系数和能量密度;到目前为止,在亚微米级前驱粉体基础上进行的各种传统改性研究粉体制备方法的改进、配方和烧结工艺调整等,均无法解决高压高能问题,实现高压高能压敏电阻是公认的难题;压敏行业的专家普遍认为：发展多学科交研究,利用新技术、新材料对压敏电阻进行改性是解决问题的关键;在各种新技术、新材料的应用方面,纳米材料已得到广泛重视,也正在形成一种新的发展趋势;目前国内外有相当一批学者正在着手这方面的研究,初步研究结果已经显示出采用纳米材料是实现高压高能的有效途径;在国外由前南斯拉夫塞尔维亚科学院Milosevic1994年使用高能球磨法,制成平均粒径100nm以下的复合ZnO压敏电阻粉末,经高温烧结而成的压敏电阻,非线性系数达到45,烧成密度达到理论密度的99％,而且漏电流比较小;由此可见,纳米材料可以大幅度提高电压梯度、非线性系数即降低残压比,改善大电流特性和能量密度,对实现压敏电阻和高压高能具有重要意义;但是,当前文献报道所涉及的研究方法仅限于全部使用纳米材料,这种方法工艺复杂、成本高,不便于生产应用;而在采用纳米添加法领域内使用少量或微量的纳米粉与亚微米粉相结合的方法,对压敏电阻进行改性研究,这种方法的优点在于：纳米添加法具有选择性,可根据不同的应用需要,有目的地进行单组份纳米添加实验,寻求改性效果最佳的纳米材料和添加比例,因而原料成本不会大幅度增加;制备方法简单,基本上改变压敏电阻的现有生产方法,研究成果便于直接应用到生产实际中去;6 结论。
烧结温度对ZnO压敏陶瓷电性能的影响
烧结温度对ZnO压敏陶瓷电性能的影响夏昌其;钟春燕;李自立【摘要】为了获得高电位梯度氧化锌压敏电阻片,采用了传统陶瓷烧结工艺制备ZnO压敏电阻,研究不同烧结温度(1135～1155℃)对ZnO压敏电阻器电性能的影响.实验结果表明,随着烧结温度的增加,ZnO压敏陶瓷的晶粒尺寸增大,电位梯度降低且致密度提高.烧结温度为1135℃时,压敏电阻的电位梯度高达329V/mm,漏电流为8μA,致密度为96.4％.当烧结温度为1140℃时,压敏电阻的电位梯度为301V/mm,漏电流为4μA,致密度为96.6％.通过比较烧结温度为1135℃和1140℃的实验结果,发现烧结温度为1140℃时,ZnO压敏陶瓷的综合电性能达到最佳.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】3页(P71-73)【关键词】ZnO压敏陶瓷;烧结温度;电位梯度【作者】夏昌其;钟春燕;李自立【作者单位】贵州工业职业技术学院,贵州贵阳 550008;贵州工业职业技术学院,贵州贵阳 550008;贵州工业职业技术学院,贵州贵阳 550008【正文语种】中文【中图分类】TB34氧化锌压敏电阻片作为避雷器吸收浪涌和过电压保护的核心元件，以其非线性系数大、响应速度快、通流能力强等优异的电学性能而被广泛应用于高压电网、城市地铁、轻轨直流供电线路以及铁路电网系统[1-2]。
随着我国城市轨道交通、高速铁路的迅猛发展以及特高压输电线路的建设，输电设备的安全性及可靠性要求也越来越高。
ZnO压敏电阻片性能好坏将直接影响到避雷器的保护水平，同时，在特高压输电系统中，对避雷器的安全性、稳定性、重量和体积小型化也提出了更高的要求。
为加快我国电力、电子行业的发展，摆脱对国外产品和技术的依赖，研制出高电位梯度大通流容量的氧化锌压敏电阻片具有非常重要的现实意义和经济价值[3-4]。
为获得电位梯度高，同时又能降低生产成本的ZnO压敏电阻片，本文采用传统陶瓷工艺制备ZnO压敏电阻片，研究了不同烧结温度对ZnO压敏电阻片电性能的影响。
功能陶瓷材料 敏感陶瓷全解课件
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主要用途：温度控制与测量、等温发热体、过热保护等。 此外， 还可用于彩电消磁器、节能用电子整流器、程控电话保安器及冰 箱电机的启动器等。
NTC热敏电阻陶瓷
NTC热敏陶瓷的电阻率随温度的升高而降低，是具有负温度-电 阻系数的电阻陶瓷材料。
NTC热敏陶瓷大多数是尖晶石结构或其它结构的氧化物陶瓷， 多数含有一种或多种过渡金属氧化物，主要成分是CoO，NiO， MnO，CuO，ZnO，MgO，ZrO2等。
其优点有限制电压低；响应速度快；对称的伏安特性（即产品无极 性）；电压温度系数低
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4.2.3 气敏陶瓷
1962年田口尚义发现用SnO3烧结体制备元件的 电阻率对各种可燃性气体非常敏感，它在不同气体 中的电阻率不同、在浓度不同的同一种气体中的电 阻率也不相同，具有这种特性的陶瓷称为气敏陶瓷 (gas sensor)。气敏陶瓷对某种气体有敏感性，对其他 气体可能有或没有敏感性。事实上，有应用价值的气 敏陶瓷往往利用材料对某种气体的单一敏感性，用作 检测和分析气体的种类和浓度，特别用于易燃、易爆 和有毒气体的检测。
PTC陶瓷的电阻率与温度的关系
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BaTiO3陶瓷是否具有PTC效应，完全由其晶粒和晶界的电性能 决定。只有晶粒充分半导体化，晶界具有适当绝缘性的BaTiO3陶 瓷才有显著的PTC效应。
BaTiO3的半导体化可有二种途径：强制还原法和施主掺杂法。
强制还原法-----是在真空、惰性气体或还原气体中加热，使 BaTiO3失氧，其内部产生氧缺位。这种方法不仅使晶粒半 导体化而且晶界也被半导体化，因此不适用于制造PTC陶瓷。
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根据元件的功函数与被吸附气体功函数的大小，可将吸附 气体分为两类：
如果被吸附气体的电子亲合力大于气敏元件表面的功函数， 被吸附气体的分子会从元件表面夺取电子而以负离子的形式吸附。 具有负离子吸附的气体称为氧化性（或电子受容性）气体，如 O2、NO2等；
功能陶瓷复习题解答
欢迎共阅1、举出3种以上的典型的超导陶瓷(氧化物超导体)，定义及其应用。
LaBaCuo、SrBaCuo、NbBaCuo；2、说明Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ电容器陶瓷的典型材料、性能特点和用途。
I类陶瓷主要用于高频电路中使用的陶瓷电容器。
性能特点a:一般具有负温度系数，有时为正温度系数；b:介电常数较高为飞铁电电容陶瓷；c:温度系数值稳定且高频下及高温时具有低的介质损耗。
典型材料：MgTiO3瓷。
II类陶瓷主要用于制造低频电路中使用的陶瓷电容器。
性能特点：a:介电常数值高（4000-8000）b:温度稳定性好；c:居里点在工作温度范围内且能方便的调整。
典型材料：BaTiO3系、反铁电系。
III类陶瓷介质的半导体主要用于制造汽车、电子计算机等电路中要求体积非常小的电容器，性能特点a:介电常数非常大7000-几十万以上b:主要用于低频下典型材料：半导化BaTiO33、何为铁电陶瓷? BaTiO3铁电陶瓷老化的含义是什么？是一类在某一温度范围内具有自发极化且极化强度随电场反向而反向，具有与铁磁回线相仿的电滞回线的陶瓷材料老化意义：铁电陶瓷烧成后其介电常数和介电损耗随时间的推移而逐渐减少4、BaTiO3陶瓷有哪几种晶型相变？画出BaTiO3陶瓷的介电常数-温度特性曲线示意图。
立方相、四方相、斜方相和三方相；5、何谓移峰效应和压峰效应？改性加入物可以有效的移动居里温度，即移动介电常数的居里峰，但对介电常数的陡度一般不呈现明显的压抑作用，这时所引起的效应为移峰效应；有的改性加入物可使介电常数的居里峰受到压抑并展宽所引起的效应为压峰效应。
6、为什么BaTiO3陶瓷最适合做低频电容器介质？由于频率f升高，ε降低，Tanδ升高性能恶化，所以要在低频下使用由于新畴的成核与生长需要一定的时间内，所以ε和f有关。
损耗产生的原因是：1、电畴运动：畴壁运动是克服杂质、气孔、晶界的摩擦阻力；2、自发极化反转时。
伴随着集合形变的换向，必须克服晶胞间与晶粒间应力作用的反复过程。
氧化锌系导电陶瓷的结构调控与性能优化
氧化锌系导电陶瓷的结构调控与性能优化氧化锌系导电陶瓷的结构调控与性能优化引言：导电陶瓷是一种特殊的材料，具备陶瓷的耐高温、耐腐蚀等特性，同时又具备金属导电性能。
近年来，氧化锌（ZnO）系导电陶瓷因其优良的导电性能和丰富的应用前景而备受关注。
本文将围绕氧化锌系导电陶瓷的结构调控与性能优化展开讨论。
一、氧化锌系导电陶瓷的结构特点氧化锌系导电陶瓷具有复杂的结构特点，其晶体结构主要由锌离子（Zn2+）和氧离子（O2-）组成。
晶体结构的稳定性对于导电陶瓷的性能至关重要。
氧化锌系导电陶瓷主要以六方晶系为主，其中最常见的是纤锌矿结构。
此外，氧化锌系导电陶瓷还具有表面缺陷、晶界等特征，这些特征对导电性能具有重要影响。
二、结构调控的方法1. 化学合成方法：通过化学方法合成出具有特定结构的氧化锌系导电陶瓷。
常用的合成方法包括水热法、溶胶-凝胶法、溶剂热法等。
合适的合成方法可以控制晶体尺寸、晶体形貌、晶界等结构特征，以提高导电性能。
2. 离子掺杂：通过掺入其他金属离子改变氧化锌系导电陶瓷的结构和晶体缺陷，从而提高导电性能。
常用的掺杂离子有铝、铜、铁等。
适当的掺杂可以改善氧化锌晶体的导电性能，提高材料的稳定性和导电率。
三、性能优化的途径1. 导电性能的优化：通过结构调控控制导电陶瓷的晶体缺陷数量和类型，优化材料的导电性能。
增加氧化锌系导电陶瓷的晶界数目和表面缺陷可以有效提高导电性能。
2. 稳定性的提高：氧化锌系导电陶瓷在高温、潮湿等环境下容易发生晶体缺陷的变化，导致导电性能下降。
通过控制晶体结构和离子掺杂可以提高材料的稳定性，延长其使用寿命。
3. 应用性能优化：氧化锌系导电陶瓷具有广泛的应用前景，如传感器、电极材料、电阻器等。
通过结构调控和性能优化，可以使其在各种应用场景中发挥更好的效果。
结论：氧化锌系导电陶瓷的结构调控与性能优化是实现其性能提升和应用拓展的关键。
通过合适的合成方法和离子掺杂，可以调控导电陶瓷的晶体结构和缺陷，从而优化其导电性能和稳定性。
压敏电阻冲击老化过程中残压比变化的分析_陈璞阳
文章编号：1003-8337（2014）02-0042-06收稿日期：2013-10-08作者简介：陈璞阳（1990—），男，硕士，研究方向为电涌保护器研发与测试。
基金项目：国家自然科学基金项目（编号：41175003）和江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD ）。
压敏电阻冲击老化过程中残压比变化的分析陈璞阳1，杨仲江1，李祥超1，王成芳1，赵军2（1.南京信息工程大学大气物理学院，南京210044；2.北京市雷电防护装置测试中心，北京100176）摘要：残压比是衡量压敏电阻性能的一项重要指标，针对压敏电阻在冲击老化过程中残压比的变化问题，通过对压敏电阻样品进行8/20μs 雷电流冲击老化试验，发现残压比在标称电流（I n ）冲击老化试验过程中呈现缓慢降低--缓慢增加--快速上升的变化趋势；根据双肖特基势垒理论及热老化理论分析，得出冲击过程中残压比的大小主要由晶界层状态所决定，残压比快速上升阶段是由于晶界层大量破坏的结论；提出了利用残压比变化率来衡量压敏电阻老化程度的方法，在实际应用中具有参考价值。
关键词：氧化锌压敏电阻；残压比；双肖特基势垒；冲击老化中图分类号：TM862文献标识码：AAnalysis on the Varying of ZnO Varistor ’s Residual VoltageRatio During the Process of Impulse DegradationCHEN Puyang 1，YANG Zhongjiang 1，LI Xiangchao 1，WANG Chengfang 1，ZHAO Jun 2（1.The School of Atmospheric Physics ，Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044，China ；2.Beijing Testing Center for Surge Protective Devices ，Beijing 100176，China ）Abstract :The Residual voltage ratio is an important index for ZnO varistor.In order to research the varying of ZnO varistor's residual voltage ratio during the process of impulse degradation,samples of ZnO Varistor are impacted by 8/20μs impulse current.Under the impact of In impulse current,It is found that the residual voltage ratio will first decrease slowly,and then increase slowly and finally increase sharply.Based on double Schottky barrier theory and thermal aging theory,the residual voltage ratio is determined by the state of grain boundaries;the sharply-increasing stage of residual voltage ratio is resulted from the destruction of grain boundaries.It is proposed that the change rate of residual voltage ratio can better estimate the degradation degree of ZnO varistor,which has a certain reference value in the practical application.Key words:ZnO varistor ；residual voltage ratio ；double Schottky barrier ；impulse degradatio引言氧化锌压敏电阻作为一种多晶半导体陶瓷，由于其具有相当优越的非线性V-I 特性及过电压吸收能力，在电力及电子系统的运行中得到了广泛的应用。
烧结方式对ZnO-Bi2O3压敏瓷Bi2O3挥发的影响
烧结方式对ZnO-Bi2O3压敏瓷Bi2O3挥发的影响徐东;程晓农;赵国平;严学华;施利毅【摘要】采用裸烧、盖烧和埋烧等不同的烧结方式制备ZnO-Bi2O3压敏瓷,通过XRD和SEM等方法对压敏瓷的物相和显微组织进行研究,探讨烧结方式对氧化锌压敏瓷电性能和显微组织的影响.结果表明:烧结方式和烧结温度对压敏瓷的显微组织和电性能产生明显的影响.对于裸烧、盖烧和埋烧来说,1 100 ℃均为最佳的烧结温度;1 000 ℃时埋烧得到的压敏瓷的电性能较好,1 100 ℃和1 200 ℃时裸烧得到的压敏瓷的电性能较好;烧结方式对于Bi2O3挥发控制的强弱顺序为埋烧、盖烧、裸烧.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)007【总页数】6页(P1396-1401)【关键词】ZnO-Bi2O3压敏瓷;氧化锌;烧结;挥发【作者】徐东;程晓农;赵国平;严学华;施利毅【作者单位】江苏大学,材料科学与工程学院,镇江,212013;上海大学,纳米科学与技术研究中心,上海,200444;江苏大学,材料科学与工程学院,镇江,212013;江苏大学,材料科学与工程学院,镇江,212013;江苏大学,材料科学与工程学院,镇江,212013;上海大学,纳米科学与技术研究中心,上海,200444【正文语种】中文【中图分类】TB34;TN304.93氧化锌压敏瓷是以ZnO为主体，添加多种金属氧化物，采用典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。
氧化锌压敏瓷具有很高的非线性电流—电压特性，在对瞬态浪涌电压的保护领域有重要的应用[1−5]。
由于压敏特性形成剂 Bi2O3在烧结时大量挥发，造成显微组织不均匀，使其性能极度恶化[6−8]。
PEITEADO 等[9−10]认为，在烧结 ZnO-Bi2O3系压敏瓷时，样品中 Bi2O3的挥发量与烧结样品坯体的紧凑相关参数—表面积/体积(A/V)比例有关，研究得出最佳的A/V 比例为4.11 cm−1。
电压敏感材料
电压敏感材料电压敏感材料（压敏材料）是指材料的电阻值随加于其上的电压不同而显著变化的非欧姆性材料。
当加载在材料的端电压小于某个临界值时，材料的电阻率很大，流过材料的电流非常小；当端电压达到临界值时，材料的电阻率随端电压的增大而急剧减小，流过材料的电流急剧增大，这个端电压临界值叫阈值。
用这类材料制成的电阻器叫压敏电阻器，又叫非线性电阻器。
1929〜1930年，美国和德国几乎同时用碳化硅压敏材料制成高压避雷器。
40 年代末，苏联制成低压碳化硅压敏电阻器。
1968年日本研制出氧化锌压敏材料。
这种材料具有比其他材料更为优异的电气性能，至今仍获得广泛应用。
其他金属氧化物（Fe2O3、TiO等）压敏电阻器也得到发展。
分类及基本特性参数压敏材料包括硅、锗等单晶半导体以及SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3 等压敏陶瓷材料。
其中，BaTiO3、Fe2O3利用的是电极与烧结体界面的非欧姆特性，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是晶界非欧姆特性。
目前，应用最广、性能最好的是氧化锌压敏半导体陶瓷。
压敏半导体陶瓷的基本特性：在某一临界电压以下，压敏电阻陶瓷电阻值非常高，几乎没有电流；但当超过这一临界电压时，电阻将急剧变化，并且有电流流过。
随着电压的少许增加，电流会很快增大。
压敏电阻陶瓷的这种电流-电压特性曲线如图所示:1.齐钠二极管；2.SiC压敏电阻；3.ZnO压敏电阻;4.线性电阻；5.ZnO压敏电阻。
由图可见，压敏电阻陶瓷的I-U特性不是一条直线，其电阻值在一定电流范围内呈非线性变化。
表征压敏电阻的特性主要参数有非线性系数、压敏电压、漏电流、通流容量和电压温度系数。
1、非线性系数a压敏电阻的I-U关系的经验公式为：[=（凯式中a即为非线性系数。
a的值越大，非线性越强。
式中的C为材料常数，其值在一定电流范围内为一常数。
2、压敏电压U lmA压敏电压是指当压敏电阻的端电压值大于该电压时，压敏电阻进入高a值的I-U特性区，即击穿区。
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发 现等效 势 +,-./0’ -* 系压敏陶瓷电气性能的影响， （#） 垒的热处理效应存 在 三 种 情 况： 热处理后有所下降 的高势垒、 热处理 后 有 所 上 升 的 低 势 垒 及 热 处 理 后
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#B 引
言
O ’% 强度， P7#Q’ QR#Q’ 3 等 效 势 垒 高 度 !122 M !$ O " M #$ ［ ］ & 将随 & 的 增 大 而 单 调 下 降 3 C8G8, 等 ’ 的 研 究 "" 结果表明， 当归一化电压低于 $ B " 时， 等 效势 垒高度
［ "］ 电场会改变杂质的功函数 3
+,- 压敏陶瓷由 #$ — *$ " 7 大小的 +,- 晶粒及 # " 7 左右的晶界层构成， 晶粒呈高电导性而晶界层呈低 电导性， +,- 压 敏 陶 瓷 的 高 非 线 性 源 于 晶 界 层 中 存 在的大量陷阱， 相应的导电机理为空间电荷限制电 流 3 又 有 实 验 研 究 表 明 晶 界 宽 度 仅 ’ ,7 左 右， 晶界 中的大量陷阱实际上形成了晶粒与晶界交界面处的
% ; 结果与分析
本文测量等效势垒高度的理论前提在于热电子 发射机理为主要的 导 电 机 理 ! 当 外 加 电 压 接 近 压 敏 电压 时， 电 流 接 近 " AB， 对 应 的 电 流 密 度 接 近 "? Q 介于预 击 穿 区 和 非 线 性 区 之 间 ABC/A- ，
［ "S］
， 此时热
+,- 压敏陶瓷具有优异 的 !. " 非 线 性 特 性 及 良 好的浪涌吸收能力， 被广泛应用于电力系统和电子
［ # — *］ 线路及元 件 的 保 护 中 3 +,- 压 敏 陶 瓷 的 微 观 结 ［ %］ 构 和 导 电 机 理 一 直 受 到 关 注 3 C8>:?DE8 首先提出
当归一化电 压超过 $ B " 后， 基本不变， 约为 $ B "* 1R； 等效势垒高度随归 一 化 电 压 的 增 加 快 速 下 降； 当归 一化电压为 # 时， 等效 势 垒 高 度 仅 为 $ B #( 1R 3 文 献 ［)］ 报道了等效势 垒 高 度 随 归 一 化 电 压 增 加 而 增 大 的现象， 这种 现 象 有 待 更 加 深 入 的 研 究 3 在 金 属 . 金 属界面电气性能研 究 中 也 出 现 了 类 似 的 现 象， 即外
万方数据
#-&#
物
理
学
报
&& 卷
有所上升的高势 垒 ! 可 见 文 献 ［ "# ］ 的研究结果与文 献 ［$ ， 的研究结果不一致， 甚至矛 盾 ! 文 献 ［"&］ 报 "%］ 道了富 ’( 层对 )*+,’(- +% 系压敏陶瓷电气性能的影 响， 认为 电 子 除 越 过 )*+,)*+ 晶 粒 直 接 接 触 处 的 还 可 能 通 过 富 ’( 晶 界 层 形 成 传 导 ./012234 势垒外， 电流， 而且 后 者 决 定 了 )*+,’(- +% 系 压 敏 陶 瓷 预 击 老 化 特 性 和 介 电 特 性 ! 所 以， 穿区 的 !, " 特 性、 56(7/0(*8 等
［ (］ 表面态 3 表面态对 +,- 晶 粒 表 面 电 子 的 俘 获 使 表
在研究电老化 现 象 和 老 化 机 理 中， 许多学者认
［ S — ##］ ［ #’］ 为老化过程决定于离子迁移 ，F8>D 等 则认为
面态带负电而 +,- 晶 粒 表 面 带 正 电， 于是界面处形 成了 FAGD>>EH 势 垒 3 人 们 将 +,- 压 敏 陶 瓷 的 导 电 过 程分为线 性 区、 热 电 子 发 射 区 和 IDJ91K.LDK@G107 击 穿区 3 一般认为基 于 热 电 子 发 射 的 电 流 和 外 加 电 场 的关系可表示为
[
]
（#）
"C-（ * + V C"?"6 ） ! "C（- , ! ） C#
# ?? N
（&）
这里， " ? 为单晶界电压， * 为电子电量， + V 为施主浓 度， , ! 为电子有效质量， "? 和"6 分别为真空介电常
6期
成鹏飞等：!"#0BC1 #5 系压敏陶瓷的导电过程与等效势垒高度
9177
数和 !"# 晶粒的相对介电常数， ! 为普朗克常数， "$ 为零偏置时的 %&’())*+ 势垒高度 , 当电流达到 - ./ 时， !"# 压敏陶 瓷 接 近 击 穿 状 态， 此时 !0 " 特性的非线性很高， 所以 可 认 为 单 晶 界 所承受的电压 等 于 其 击 穿 电 压 （该击穿电压约为 1
［ "#］
压 $ ? ; "AB ! 直 流 电 源 由 FG%-,- 型 晶 体 管 直 流 稳 压 器 提供， 用精度为 ? ; " ! B 的 HIJEIKK,%#??"B 型 电 子 万用表测量电流， 用精度 为 ? ; ?" L 的 胜 利 L=$M?#B 型电子万用表测量电压 ! 若外加电压较低、 泄漏电流较小， 则电流密度与 温度的关系可表示为 & N ’( - 9OP Q
电子发射机理是否成立， 需要进行判断 ! 固定外加电 压， 改变测 试 温 度， 就能得到不同温度下电流的比 值， 然后将该比值与理论所估计的比值进行比较， 就 能确定主 要的 导电机 理 ! 固定 外加 电压为 &$? L （室 温下的 压 敏 电 压） ， 电 流 从 室 温 %?% T 的 " AB 上 升 为 #-% T 的 M AB， 上 升 了 D?? U ! 这 表 明 " AB 电 流 （电流密度 为 "? Q - ABC/A- ） 不可能是隧道效应产生 的， 因为隧道电流与温度基本无关 ! 电流与温度有明 显关系的导电机理 包 括 热 电 子 发 射、 场致发射或热 助场发射 ! 根据文献 ［"D］ 的标准， 当单晶界电压 超过 在低于 #-% T 温度范围内导电机理不可能是 " L 后， 热助场发射 ! 如果场发射是主要的导电机理， 那么电
!"#$%&’ #( 系压敏陶瓷的导电过程与等效势垒高度 !
成鹏飞 李盛涛 ! 焦兴六
（西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室， 西安 "#$$%&） （ ’$$( 年 #’ 月 #’ 日收到； ’$$) 年 * 月 ’" 日收到修改稿）
研究了 +,-./0’ -* 系压敏陶瓷等效势垒高度 !122 随着归一 化 电 压 的 变 化 规 律， 发 现 等 效 势 垒 高 度 !122 随 着 归 一 化电压的增加先逐渐增大， 达到最大值后持续下降 3 由于在外加电压作用下反偏势垒 高 度 高 于 正 偏 势 垒 高 度， 等效 这种变化规律说 明 了 +,- 压 敏 陶 瓷 晶 界 的 导 电 过 程 可 能 存 在 三 个 阶 段 3 势垒高度 !122 主要取决于反偏势垒 3 因此， 在低归一化电压区， 晶界区域中的电子从正偏势垒区注入到晶界无序层的速率低于电子 从 晶 界 无 序 层 抽 出 到 反 偏 势垒区的速率， 从而导致等效势垒高度随着归一化电压的增加逐渐增大 3 在中等归一 化 电 压 区， 电子从正偏势垒区 注入到晶界无序层的速率和电子从晶界无序层抽出到反 偏 势 垒 区 的 速 率 相 平 衡， 等效势垒高度达到最大值 3 在高 归一化电压区， 电子从正偏势垒区注入到晶界无序层的速 率 高 于 电 子 从 晶 界 无 序 层 抽 出 到 反 偏 势 垒 区 的 速 率， 等 效势垒高度随着归一化电压的增加逐渐下降， 直至晶界击穿 3 同时分析了等 效 势 垒 高 度 !122 对 泄 漏 电 流 ! 4 的 影 响， 发现泄漏电流与等效势垒高度差 ! ! 呈指数关系 3
提出的三种势垒可能间接反映了富 ’(
(
!9:: ， )(
)
（-）
晶界层对传导电流和热处理效应的影响 ! 以上所述可 知， )*+ 压 敏 陶 瓷 微 观 结 构 和 导 电 模型呈多样性， 很难仅使用一种微观结构模型及相 应的导电机理解释 迥 异 的 实 验 现 象 ! 从 宏 观 的 角 度 看， 等效势垒高度 随 归 一 化 电 压 的 变 化 规 律 不 但 展 示了 )*+ 压敏陶瓷 的 整 个 导 电 过 程， 还有助于揭示 其导 电 规 律 ! 因 此， 研 究 )*+ 压 敏 陶 瓷 等 效 势 垒 高 度及其变化规律不 仅 有 理 论 价 值， 而且具有一定的 工程意义 ! 可是， 目前这方面的研究尚缺乏系统性 ! 本文在研究 )*+,’(- +% 系 压 敏 陶 瓷 等 效 势 垒 高 度随归一化电压的 变 化 规 律 时 发 现， 有些试样的等 效势垒高度 !9:: 与外加电场 # 之间不存在单调变 化 稳定和下 的关 系， 而 是 随 # 的 增 大 先 后 经 历 增 大、 降三阶段 ! 本文首 先 讨 论 了 等 效 势 垒 高 度 随 归 一 化 电压的变化规律， 从理论上分析了晶界层中深陷阱 对载流子输运过程 的 影 响， 然后讨论了等效势垒高 度对泄漏电流的影响 !