压敏陶瓷简介
乳胶体系流延片叠层制备ZnO压敏陶瓷材料研究
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流延 宽 度 / mm 流延有效长度/m c
膜带
规格
O~ l 6 0~1 O 0 1 0 o x 2 0 0 m 0 mm x 1 00 um 0. 1~0. 8
机溶剂体系 , 如甲苯 、 甲苯 等 , 二 它们易燃且具有 一定的毒性 ,
易导致生产条件恶化 , 造成 环境 污染 , 而且 成本 也较 高_ J l 。
第 5期 20 0 8年 1 月 0
文 章 编 号 :0 38 1 (0 8 0 —0 70 10 —2 3 20 )50 2 —3
微 细 J -技 术 jr  ̄
MI CROFABRI CA TI N O TECHN OLOGY
№ . 5 Oc ., 00 t 2 8
乳 胶 体 系 流 延 片叠 层 制 备 Z O压 敏 陶 瓷 材 料 研 究 n
延 工 艺 所 用 乳 胶 粘 结 剂 本 身 的压 敏 胶 粘 性 进 行 叠 层 , 么 就 那
传 送 速 度 / m・ i ) ( mn
3 实验 结 果 与讨 论
3 1 流 延 生 带 材 料 的 性 能 .
可以简化工艺 , 同时还可减 少有机 物 的带入量 _I 34。笔 者前 J
作者简介 : 华伟 ̄(9 2 , 1 8 一)江苏苏州人 , 硕士 ; 崔学  ̄(9 1 , 17 一)教授 , 主要从事先进无机非金属材料制备及精细工艺研究 。
*通 讯 作 者
2 8
微 细 加 工 技 术
20 0 8证
构 , 图中可 以发现 Z O和 掺杂 氧化物 被乳 胶包 裹较 好 , 从 n 表 面光 滑 , 没有气孔缺 陷存 在 , 这从宏观上就表 现为 流延 生带 均 匀平整 ; 了保证流延 片的强度和韧性 , 为 流延浆料 配方 中加 入 了较 多的粘结剂 , 因此 该生带 材料具 有较 高的强度 和较好 的
氧化锌压敏陶瓷应用及制备
![氧化锌压敏陶瓷应用及制备](https://img.taocdn.com/s3/m/07885dfc551810a6f5248699.png)
氧化锌压敏陶瓷是由具有纤锌矿结构的晶粒组成,其他氧化物添加剂 除少量与ZnO固熔外,主要在ZnO晶粒间形成晶界相,ZnO晶粒.晶界ZnO晶粒形成一个随机的网状结构
由于陶瓷导电时是电子通过晶界,所以ZnO压敏陶瓷的电学性能主要由 晶界决定,晶界对ZnO压敏陶瓷性能影响最大
元素掺杂对ZnO压敏陶瓷的影响
7. 排胶
1)原理:PVC在空气中, 加热至500℃时会高温挥发 (2)操作:将压片依次排好,放入 电炉。六十片分两次放入。 (3)设置程序:从20度到500度,每 分钟升高2度,历时240min,当温度
达到500度后,保温120min。
8.烧结
(1)原理:高温使晶界上的物质向气孔扩散、填充,小孔隙消失和孔 隙数量减少,陶瓷胚体愈发致密化,晶粒长大。 (2)过程:烧结初期→烧结中期→烧结末期 (3)再结晶和晶粒长大:初次再结晶→晶粒长大→二次再结晶
反应式
2Bi203(I)+3Ti02(s)→Bi4(Ti04)3
由于ZnO在Bi4(Ti04)3液相中的溶解度大于在Bi203液相中的溶解度, 传质速率加快,导致晶粒生长速率加快。 同时在这一温度范围,有少量Ti02与ZnO发生反应生成Zn2Ti04尖晶 石相,Zn2Ti04尖晶石相钉扎在晶界阻碍晶粒长大。
实验所用原料均为分析纯。将 ZnO、Bi2O3、TiO2、 Co2O3、MnO2、SnO2、Sb2O3等原料按一定的 ZnO 压敏陶瓷配方比例称量。
只考虑Ti02添加量不同时对ZnO压敏陶瓷性能的影响。对此我们设 计了4个平行实验组。 第一组:不添加,其他组分不变。 第二组:低于资料获得数据掺加一定的Ti02。 第三组:资料获得准确数据掺加一定的Ti02。 第四组:高于资料获得数据掺加一定的Ti02。
功能陶瓷复习题解答
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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。
压敏电阻陶瓷片前段工艺知识简介
![压敏电阻陶瓷片前段工艺知识简介](https://img.taocdn.com/s3/m/be94fd3330b765ce0508763231126edb6f1a769e.png)
1.除碳的升温速率不能太快,若太快,有机物排不干净还会引起产品开裂。
2.除碳曲线中的最高温度Tmax
可以说,除碳重在升温过程,升温速率控制得当显得尤为重要。这一点不同于烧结,大部
分产品的烧结与Tmax及恒温时间有更为密切的关系。
烧结
1.烧结的基本概念
压敏陶瓷的烧结过程,就是金属氧化物在一定的温度下、发生一系列物理化学
S05~S20K...
3
S10
S10K230~S550
转速 (r/min)
15 12 13.5 10 25 15 12 13.5 10 10 15 12 13.5 10 13.5 12 10 25 22 15 25 22 15 15 7.5 15 7.5 7.5 18 16.5 15 11.5
15
15
Ev=Uv/瓷片厚度,又叫“电压梯度”。 Tmax升高,Ev降低,反之亦然。Ev反映的是粉料的
一个特征。
5. 最高烧结温度Tmax与恒温时间的关联性。
在一定范围内,增加恒温时间,相当于提高了烧结温度Tmax ;而减少恒温时间,可以通过
提高Tmax来弥补。但这只是在极其有限的范围内,应慎用!
刷银
1.刷银的目的是给压敏电阻带上电极,工艺方法是丝网印刷。
2.刷银过程控制银层厚度是关键,实际操作中是通过控制刷银重量来间接地 控制银层厚度。
3.刷银重量主要与以下因素有关:
1)银浆粘度
2)丝网目数
3)丝网网膜厚度
4)刮胶条向下的压力
4.产品刷银后必须烘干,否则烧渗后银面会起泡、开裂。
烧渗
1.刷银烘干后,产品进炉烧渗。在烧渗过程,银浆中的玻璃相渗透到陶瓷体 中,形成牢固的
3.35
15.6
ZnO压敏电阻器低压化浅谈
![ZnO压敏电阻器低压化浅谈](https://img.taocdn.com/s3/m/b19667f9f90f76c661371a48.png)
瓷片变形碎裂、 机械强度难以保证等毛病, 严重影响后续工序
收稿 日 :060— 6 期 20.3 2 - 作者简介 : 肖胜根 , , 男 硕士生
维普资讯
中 国 陶 瓷 工 业
化, 但它们主要用在直流微 电机 的消磁灭 噪领 域 ) 。若单 以中 国 20 年 2 亿部手机的产量为例来估算 , 04 . 3 片式低压 Z O压 n
的 Z O 晶粒 n
敏电阻器的每年消耗量就已经超过 2 亿只,数量可渭巨大, 3 而手机的发展方兴未艾。因此, 研究 Z O压敏电阻器的低压 n 化就成为一个迫切而又非常有实际意义的课题。
20 0 6年 第 4期
的成品率 , 故该工艺成型的极限厚 度约为 0 m [ . m3 6 ] 。若按照一 T e g等用硼硅 酸铅玻 璃 完全 取代 B。 sn i 制备 出了 Z O O n 一硼 般体 材料内 l — 0 5 3 m 的 晶粒 尺寸典型 分布[ 4 1 及通常 认为近 硅酸 铅玻璃 多层片式 Z O压敏电阻器 [ ; u y o n n 1 H e nH g等 2 1 Ho 可利用 Z O V0 系与 A 内电极而不用成本较 n — 2 g 似 为 3 V的单晶界层击穿 电压典型值 [ . 5 5 1 略计算 , 电 的研究表明 , 来粗 压敏 d t n 压最低为 ( . 0 03 ) .=7V。 由此可见 , 0 6×10 /0 ×35 0 上述 低压化 高 的 P 或 P 内电极低温 共烧 制备多 层片式 ZO压敏 电阻
Z O 压敏 电阻器低 压 化 浅谈 n
肖胜根 甘 国友 严 继康
( 昆明理工大学材料与冶金 工程学院,503 60 9 )
半导体陶瓷
![半导体陶瓷](https://img.taocdn.com/s3/m/5a569f6655270722192ef7c0.png)
半导体陶瓷专题报告一.半导体陶瓷简介半导体陶瓷概念:具有半导体特性、电导率约在10-6~10-5S/m的陶瓷。
半导体陶瓷的电导率因外界条件(温度、光照、电场、气氛和温度等)的变化而发生显著的变化,因此可以将外界环境的物理量变化转变为电信号,制成各种用途的敏感元件。
半导体陶瓷生产工艺的共同特点是必须经过半导化过程。
半导化过程可通过掺杂不等价离子取代部分主晶相离子(例如,BaTiO3中的Ba2+被La3+取代),使晶格产生缺陷,形成施主或受主能级,以得到n型或p型的半导体陶瓷。
另一种方法是控制烧成气氛、烧结温度和冷却过程。
例如氧化气氛可以造成氧过剩,还原气氛可以造成氧不足,这样可使化合物的组成偏离化学计量而达到半导化。
半导体陶瓷敏感材料的生产工艺简单,成本低廉,体积小,用途广泛。
半导体陶瓷的分类:按用途分类:1.压敏陶瓷压敏陶瓷系指对电压变化敏感的非线性电阻陶瓷。
目前压敏陶瓷主要有SiC、TiO2、SrTiO3和ZnO四大类,但应用广、性能好的当属氧化锌压敏陶瓷,由于ZnO压敏陶瓷呈现较好的压敏特性,在电力系统、电子线路、家用电器等各种装置中都有广泛的应用,尤其在高性能浪涌吸收、过压保护、超导性能和无间隙避雷器方面的应用最为突出。
它们的电阻率相对于电压是可变的,在某一临界电压下电阻值很高,超过这一临界电压则电阻急剧降低。
自七十年代日本首先使用ZnO无间隙避雷器取代传统的SiC串联间隙避雷器以来,国内外都相继开展了这方面的研究。
但氧化锌压敏陶瓷在高压领域的应用还存在局限性。
如生产高压避雷器,则需要大量的ZnO压敏电阻阀片叠加,不仅加大了产品的外形尺寸,而且高压避雷器要求较低的残压比也极难实现,为此必须研究开发新的高性能高压压敏陶瓷材料。
通过对试样结果的分析,用化学级原料成功地制备出性能优异的SnO2压敏陶瓷,新型SnO2压敏陶瓷显示出优异的非线性电流——电压特性,与目前国内外市场上流行的ZnO压敏材料相比,其性能高于前者。
11-敏感陶瓷 (2)
![11-敏感陶瓷 (2)](https://img.taocdn.com/s3/m/75e6daac83d049649a665825.png)
利用其最基本的电阻温度特性及电 压-电流特性与电流-时间特性,PTC系 列热敏电阻已广泛应用于工业电子设 备,汽车及家用电器等产品中,以达 到自动消磁、过热过流保护,马达启 动,恒温加热,温度补偿、延时等作 用。
D、Al2O3对PTC陶瓷的影响 Al3+在BaTiO3基陶瓷中有三种存在位置:①当TiO2高 度这过时量Al时3+的,作A用l3+有是可施能主被;挤②到在BAla2TOi3O-S3晶iO格2-T的iOB2a掺2+杂位的置, PTC瓷料中,Al3+处于玻璃相中,能够起到吸收受主 杂质、纯化主晶相的作用;③在未引入SiO2、且 T的iTO2i4也+,不起过受量主的作情用况。下显,然Al,3+①将、取②代种Ba情Ti况O3下晶对格P中TC 瓷料的半导化起有益作用。③是有害的。
1、 BaTiO3系PTC热敏电阻陶瓷 (1) BaTiO3陶瓷产生PTC效应的条件
具当有Ba适Ti当O3绝陶缘瓷性材时料,中才的具晶有粒P充T分C效半应导。化,而晶界
PTC效应完全是由其晶粒和晶界的电性能决定, 没有晶界的单晶不具有PTC效应。
(2)陶瓷的半导化
由于在常温下是绝缘体,要使它们变成半导体, 需要一个半导化。所谓半导化,是指在禁带中 形成附加能级:施主能级或受主能级。在室温 下,就可以受到热激发产生导电载流子,从而 形成半导体。
(4) BaTiO3PTC陶瓷的生产工艺 以居里点Tc为100℃的PTC BaTiO3陶瓷为例。
第七章敏感陶瓷
![第七章敏感陶瓷](https://img.taocdn.com/s3/m/3eb659267ed5360cba1aa8114431b90d6c85893e.png)
第七节 气敏陶瓷
分类
按其气敏机理可以分为:半导体式和固体电解质式两 类,其中半导体式又分为表面效应型和体效应型两种;
按制备方法将气敏陶瓷分为多孔烧结型、薄膜型和厚 膜型;
也可直接用化合物类型分类。
第七节 气敏陶瓷
气敏原理
1)能级生成理论
氧化性气体吸附于n型半导体气敏材料表面,
气体从半导体表面夺取电子形成负离子,从
第二节 半导体
能带结构
导体、半导体、绝缘体能带结构
第二节 半导体
本征半导体
共价晶体中的电子受到热激发
第二节 半导体
本征半导体
载流子浓度
ne
nh
N
exp(
Eg 2kT
)
第二节 半导体
杂质半导体
导带
价带
n型半导体
施主杂质电子浓度
ne
(施主)
Nd
exp(
Ed 2kT
)
第二节 半导体
杂质半导体
导带
1) 施主掺杂(高价取代低价)
Ba
2Ti
O 4 2 3
xLa3
Ba12x Lax3Ti14x (Ti4
e)x O32
xBa2
第三节 敏感陶瓷
2、异价离子掺杂
2) 受主掺杂(低价取代高价)
NiO xLi Ni122x (LiNi )x (Ni2 h )x O xNi2 xe
O2得到电子 形成O2-
第七章 敏感陶瓷
第一节 敏感陶瓷概述
湿度计
烟雾报警器
第一节 敏感陶瓷概述
敏感陶瓷
物理量 变化
电信号 变化
第一节 敏感陶瓷概述
敏感陶瓷定义
某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对 热、湿、声、光、磁、电压及气体、离子的 变化特别敏感,这类陶瓷称为敏感陶瓷。
热敏陶瓷05ppt课件
![热敏陶瓷05ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/09efa50d7f1922791788e8cc.png)
精品课件
分类、用途与组成
heat sensitive ceramics:过热保护传感器、温度计, 掺杂BT
humidity sensitive ceramics (humiceram):湿度计, ZnO-Li2O-V2O5系
photosensitive ceramics:光检测元件、光位计, CdSe
热容量c:热敏电阻器温度升高1 ℃所消耗的热能。
时间常数τ:热敏电阻温度改变到周围媒质温差的63.2%所需要 的时间。 Τ=c/H
额定功率Pm: 使用温度范围内所容许的最大功率。 工作温度T:
精品课件
热敏陶瓷的阻温特性
RTN=ANeBN/T(NTC);
RTP=APeBpT(PTC)
RTN;
缓变型( αT <10%/℃) 开关型( αT >10%/℃) (3)依据使用温度分类
低温: 中温: 高温:
精品课件
精品课件
掺 B杂aTiBO3a的T晶iO体3结构PT特C征热敏陶瓷
BaTiO3热敏陶瓷的阻温特性 BaTiO3陶瓷产生PTC效应的条件 影响BaTiO3热敏陶瓷性能的因素 BaTiO3热敏陶瓷的制备工艺 BaTiO3热敏陶瓷产生PTC效应的物理机制 BaTiO3热敏陶瓷的应用
来还出现了许多新型PTC 材料,如复合、有机PTC 等; 我国对PTC 材料的研究开始于60 年代初; PTC 材料已广泛应用于电子通讯、汽车工业、家用电器等; 2000 年,世界的产销量达8 亿支,我国突破了1.5 亿支。(朱
盈权,2002)
精品课件
何谓热敏陶瓷?
电阻率随温度发生明显变化的功能陶瓷。
精品课件
晶体结构特征
氧化锌压敏陶瓷的制备
![氧化锌压敏陶瓷的制备](https://img.taocdn.com/s3/m/a322c829eef9aef8941ea76e58fafab069dc4415.png)
氧化锌压敏陶瓷的制备
氧化锌压敏陶瓷的制备方法如下:
1. 准备氧化锌粉末、陶瓷粉末、有机胶体材料等原材料,按一定比例混合。
2. 将混合物放入球磨机中进行球磨,直到达到所需的平均粒径。
3. 将球磨后的混合物细粉,然后添加一定量的有机溶剂,制成泥状物。
4. 将泥状物通过压制机进行压制,加压后的压块放入烘箱进行干燥。
5. 干燥后将压块放入电热炉中进行烧结,使其达到所需的结晶度和致密度。
6. 烧结后的陶瓷坯体再进行加热和冷却,以形成良好的压敏特性。
最终得到的氧化锌压敏陶瓷可广泛用于电子元器件、传感器、电力设备及通信等行业。
氧化锌压敏电阻老化过程中非线性系数变化的研究_杨仲江
![氧化锌压敏电阻老化过程中非线性系数变化的研究_杨仲江](https://img.taocdn.com/s3/m/4af4bc47804d2b160b4ec0f1.png)
第30卷第9期电子元件与材料V ol.30 No.9 2011年9月ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Sep. 2011氧化锌压敏电阻老化过程中非线性系数变化的研究杨仲江1,张枨1,柴健1,李祥超1,汝洪博2(1. 南京信息工程大学 雷电科学与技术系,江苏 南京 210044;2. 湖州市防雷中心,江苏 湖州 313000)摘要: 根据氧化锌压敏电阻(MOV)的非线性特征,结合双肖特基(Schottky)势垒理论和氧化锌陶瓷在小电流区的导电机制,提出了氧化锌压敏电阻老化劣化过程中必然伴随着非线性系数α的变化的结论。
针对一种型号的MOV,通过大量实验数据分析得出:在不同老化劣化实验条件下,MOV的非线性系数α均随劣化程度的增加而呈下降趋势;在标称电流I n冲击下,α值随冲击次数近线性下降。
经实验论证,非线性系数α对评价MOV的老化劣化程度具有一定的参考价值。
关键词:氧化锌压敏电阻;非线性系数;老化劣化;肖特基势垒中图分类号: TM23 文献标识码:A 文章编号:1001-2028(2011)09-0027-04Research on the varying of nonlinear coefficient during thedegradation of ZnO varistorYANG Zhongjiang1, ZHANG Cheng1, CHAI Jian1, LI Xiangchao1, RU Hongbo2(1. The Department of Lightning Science and Technology, Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044, China; 2. Huzhou Lighting Protection Center, Huzhou 313000, Jiangsu Province, China)Abstract: The process of the degradation of ZnO varistor is necessarily accompanied with the varying of nonlinear coefficient α, which is based on the double Schottky barrier theory, the electrical conduction mechanism of the zinc oxide ceramic in the low current range and the nonlinear characteristics of ZnO varistor. By the experiments on the same type of MOV, the results indicate that the nonlinear coefficient α of MOV decreases with the increasing of degradation degree in different experimental conditions, and the αvalue decreases in line shape with the increasing of impact cycles by the experiment under the impact of the nominal current I n. The nonlinear coefficient α has a valuable reference for the estimation of the degradation degree of MOV.Key words: ZnO varistor; nonlinear coefficient; degradation; Schottky barrier氧化锌压敏电阻片因其良好的非线性特性和大电流吸收能力,现在已被广泛应用于大型电气设备、电力系统、低压电源系统和信息系统的电涌防护中,其性能的好坏直接影响着安全保护的效果[1-4]。
钛酸锶压敏电阻器简介
![钛酸锶压敏电阻器简介](https://img.taocdn.com/s3/m/9f6e2177af1ffc4ffe47ac77.png)
钛酸锶压敏电阻器简介近年来,我国经济继续保持高速发展,人们的生活水平越来越高,高档家用电器的品种越来越多,对家电的质量要求也越来越高。
对家电质量的高要求实际上就是对其组成部件的高要求。
微电机是家电中一个十分重要的部件,它是家电设备的“动力源”。
现在再微电机上使用SrTiO3压敏电阻器已经相当普遍,尤其在中高档音响设备中更是不可或缺,SrTiO3压敏电阻器可以用来消除微电机电路系统产生的噪声,延长微电机的使用寿命等。
压敏陶瓷材料是指在一定温度下和某一特定电压范围内具有非线性伏-安特性、其电阻值随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。
压敏陶瓷材料最早出现于20世纪30年代,当时以SiC为基料制成了供避雷器用的压敏陶瓷。
1968年,日本开发了以ZnO为基料的压敏陶瓷,因其可以达到很高的非线性系数,介电损耗小,迅速得到了广泛的应用。
80年代初美国贝尔实验为了取代SiC压敏材料,研发了TiO2基压敏电阻器,TiO2基压敏电阻器是一种具有电容--压敏双功能的新型器件。
1983年N.Yamaoka等人首次报道了SrTiO3系材料的压敏特性以后,SrTiO3系电容--压敏双功能陶瓷由于其具有优良的电性能而日趋受到注目。
ZnO压敏陶瓷是压敏电阻材料中研究最多,应用最广泛的一种半导体材料,国内外都已有大规模生产。
ZnO压敏陶瓷的制备工业简单,成本低,可以达到很高的非线性系数,具有很好的压敏特性,吸收能力强,性能稳定,而且其损耗比其它压敏材料也低得多。
在实际应用中ZnO系高压电阻器在高压电阻器中占据主要地位。
但是,ZnO是纯电阻性元件,介电常数小,对高频噪声和陡峭脉冲浪涌难于吸收,ZnO的自复位能力差,其多次使用后性能会逐渐变差,并且ZnO系材料很难低压化,其在低压化的性能会变得很差,致使其在低压应用方面受到了限制。
TiO2基压敏电阻器也是一种具有电容--压敏双功能的器件。
它的主体材料是TiO2,通常添加1-2种其他氧化物。
压敏陶瓷新教学课件
![压敏陶瓷新教学课件](https://img.taocdn.com/s3/m/bd766cc185868762caaedd3383c4bb4cf7ecb708.png)
压敏陶瓷的特性
01
02
03
高灵敏度
压敏陶瓷能够快速响应压 力变化,并将其转换为电 信号,具有较高的灵敏度。
稳定性
压敏陶瓷经过适当的处理 和保护,可以保持稳定的 性能,不易受环境影响。
长寿命
压敏陶瓷的使用寿命长, 可重复使用多次而不易损 坏。
压敏陶瓷的应用领域
压力传感器
利用压敏陶瓷的压敏效应, 可以制作各种压力传感器, 用于测量气体、液体和固 体的压力。
05 压敏陶瓷的发展趋势与展 望
新材料与新工艺的开发
新型压敏陶瓷材料的研发
随着科技的发展,新型的压敏陶瓷材料不断涌现,如氮化物、碳化物等,这些新材料具有更高的敏感 度和稳定性,为压敏陶瓷的应用提供了更多可能性。
先进的制备工艺
采用先进的制备工艺,如化学气相沉积、溶胶-凝胶法等,可以制备出具有优异性能的压敏陶瓷,同时 还能实现大规模生产,降低成本。
在电力系统的应用
电压检测
压敏陶瓷可用于高压和超高压电 力系统的电压检测,保障电力系 统的稳定运行。
过电压保护
压敏陶瓷的电压敏感性使其成为 过电压保护的理想材料,可有效 吸收过电压能量,保护电子设备 和电力系统免受过电压损害。
在汽车工业的应用
汽车点火系统
压敏陶瓷用于汽车点火系统中,能够 精确控制点火时间,提高发动机效率 。
详细描述
表面处理主要是为了提高陶瓷表面的光滑度、平整度和致密度,以提高其绝缘性 能和降低漏电流。电极制备是在陶瓷表面涂覆一层导电材料,以实现压敏陶瓷的 电气连接和导通。不同的应用场景需要选择不同的电极材料和制备方法。
性能检测与质量控制
总结词
性能检测与质量控制是确保压敏陶瓷产品质量的关键环节。
ZnO-PbO系低压压敏陶瓷的烧结制度研究
![ZnO-PbO系低压压敏陶瓷的烧结制度研究](https://img.taocdn.com/s3/m/cdddc7e2b8f67c1cfad6b844.png)
要电性能参数: 压敏电压( 、 v 漏电流∞和非线性系数 d, 再
借助 扫描 电子显微镜 ( M) 晶粒组织形貌 , S 观察 E 确定 Z O晶 n 烧结是压敏陶瓷极为关键的一步工艺 , 升温速率 、 烧结温 粒大小及分布情况 ; 探讨温度对 Z O压敏材料的影响。 n 度、 保温时问等工艺均直接影 响材料 的微观结构 , 品粒大 包括 小、 晶粒的均匀程度 、 晶界结构等 , 进而影响其压敏电压 、 非线 性系数、 冲击 、 老化等 电学性能m 抗 抗 。 Z O压 敏材料坯 体的烧 结 同其他 压敏材 料烧结 过程 一 n 样, 是一个复杂的物理化学变化过 程 , 通过烧结初 期 、 结中 烧 期和烧结 后期三个阶段 , 使体系表面能 、 界面能及化学势能等
本文讨 论了 ZO PO系低压压敏 陶瓷在不 同烧结温度 n —b 下 的晶体形貌 、 分布 、 电学性能 等 , 而探讨 了不同烧结温度 进 对低麟 陶瓷的微观结构及 电学性能 的影响 , 为制 备低压 压敏电阻提供了科学依据 。
图l 和图 2 可以看出,随烧成温度的提高,n Z O晶粒不断长 大, 并趋于均匀化 , 气孔减少, 整体结构更趋于致密化,20 10℃ 时的结构达到了较为理想的状态; 由于 P b 是重金属离子, 其 哥希米德离子半径为 12m,远大于 z 半径 8p 3p 3m,因此
几个温度点 , 并且在相同的烧成温 度和 保温 时间条件下 , 设定 不 同的升温速率 , 分析其对 Z O压敏陶瓷材料 电性能及微观 n
收稿 日期 :06 0—5 20- 2 1 基金项 目: 云南省科技攻关项 目( 编号: 0 G () 2 2 GD 0
作者简介 : 王立惠, 硕士生 , - iwh 3 1 2 s a o 男, E ma :l5 0 0 @ i . m l nG
压敏陶瓷简介
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3,压敏陶瓷的基本特性
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。 因此,压敏电阻又称非线 性电阻,用这种陶瓷制造的器
件叫非线性电阻器。
3,压敏陶瓷的基本特性
5.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0.1mA时产生的电压值之比。 6.额定功率: 在规定的环境温度下所能消耗的最大功率。 7.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。 8.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。 9.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。
氧化锌压敏电阻的应用
ZnO压敏电阻器的应用很广,可归结为如下两方面: ①过压保护 ②稳定电压
过压保护
各种大型整流设备、大型电 磁铁、大型电机、通讯电路、民
用设备在开关时,会引起很高的
过电压,需要进行保护,以延长 使用寿命。故在电路中接入压敏 电阻可以抑制过电压。 此外,压敏电阻还可作晶体 管保护、变压器次级电路的半导 体器件的保护以及大气过电压保 护等。
目前,应用最广、性能最好的是氧化锌压敏半 导体陶瓷。
3,压敏陶瓷的基本特性
压敏电阻陶瓷具有非线性伏 -- 安特性,对电压变化非常敏 感。 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 流通过。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。
稀土氧化物掺杂ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷“软心”现象的研究
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李盛涛等人[ 1 也发现了一种与试样尺寸有关的 6 a
现 象 一 几 何效应 ,即 :当 试样 厚度 大 于临 界厚 度 d c
本文发现掺杂稀土氧化物 的 Z O压敏陶瓷的平 n
均 电位梯 度与试样尺寸有关 , 尺寸越大 , 平均 电位梯 度越低 , 单位面积漏电流越大 ; 而且大尺寸试样表层 电位梯度达内层 电位梯度的 5 倍以上 , 表层的电位梯 度随该层距表面距离的增加迅速降低 , 内层降低 的速
稀土 氧化 物 掺 杂 Z O— i 系压 敏 陶瓷 “ 心 ’ 象 的研 究 n B2 03 软 ’ 现
成 鹏 飞 李 盛涛
( 西安 交通 大学 电力设备 电气绝缘 国家重点 实验 室 , 1 0 9 704)
摘 要
掺杂稀土氧化物的大尺寸 Z O压敏陶瓷具有明显的“ n 软心” 特征 , 即内部电位梯度远远低于表层。经过 X S关于 z 结合能的 P n 研究 、E 关于杂质分布状况 的研究及 X D关于相 态的研究表明 :试样内部氧和添加剂的匮乏及晶态 的不 完善是影响 内层 电位 SM R
稳定【 5 杂质离子的分布情况及晶界相的相结构则 l] 。
决定了晶界势垒的形状及高低。显微结构 由配方体
系、 成型 工艺 、 烧结 工艺 共 同决定 1 ] 7 。 -  ̄
越大 , 串联个数越来越多 , 整个 MO A的体积、 重量随 之增大 , 安全系数大大降低。要减少压敏 电阻片的个 数, 就必须提高电位梯度。目前通过掺杂稀土氧化物 来提高 Z O压敏陶瓷的电位梯度是高压压敏陶瓷的 n
小 时, 端面打磨 、 喷铝 , 得到 电极直径为 5r 厚度 0 m, a
不 一 的试样 。
22 电气 性 能 测 量 .
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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。
1994年,V.O.Makarov等人发现WO3陶瓷具有电学非线性,但由于常温下具有多相结构,其电学性能很不稳定。
1995年,S.A.Pianaro等人首次发现少量掺杂Co和Nb的SnO2陶瓷材料具有良好的致密性和电学性能,并且与ZnO压敏材料复杂的多相结构截然不同,这种材料只有一种相结构,具有较好的稳定性。
目前SnO 2压敏材料的实验和理论研究还不充分,有待进一步深入的研究。
1.1.1 主要参数压敏陶瓷主要用于制作压敏电阻器,它是对电压变化敏感的非线性电阻,其工作电压是基于所用压敏电阻特殊的非线性电流—电压(I —V )特征。
电流—电压的非线性主要表现:当电压低于某一临界(阀值电压)之前,变阻器阻值非常高,其作用接近于绝缘体(其I —V 关系服从欧姆定律);当电压超过临界值时,电阻就会急剧减少,其作用又相当于导体(其I —V 关系为非线性),其I —V 关系可用下式表示:()αC V I /= 式中:I —通过压敏电阻的电流V —加在变阻器两端电压α—非线性系数,值随电压增加而下降的程度指数C —表示电阻对上式两边取对数:C V I ln ln ln αα+=两边微分:V V I I //∂=∂α 即 ()()V V I I ///∂∂=α上式中α称为非线性指数。
α越大。
则电压增量所引起的电流相对变化越大,压敏性越好。
但α值不是常数,在临界电压以下,α逐步减小,电流很小的区域α→1,表现为欧姆特性。
对一定的材料C 为常数,由于C 值的精确测量非常困难,而实际上压敏电阻器呈现显著压敏性的电流I=0.1—1mA ,因此常用一定电流时的电压V 来表示压敏性能,称压敏电压值。
如电流为0.1mA 时,相应的压敏电压用V 0.1mA 表示。
压敏电阻的性能参数除α、C 外还有:⑴ 压敏电压V 1mA 是指当压敏电阻器流过规定的直流电时所产的端电压(漏电流为1mA 时的电压值)。
⑵ 漏电流是指在规定温度和最大直流电压下,流过压敏电阻器的电流。
⑶ 通流容量是指在规定条件下,允许通过压敏电阻器最大脉冲电流值。
1.2 压敏电阻陶瓷材料的分类1.2.1 ZnO系低压压敏电阻陶瓷目前压敏陶瓷主要有SiC、TiO2、SrTiO3和ZnO四大类,但应用广、性能好的当属氧化锌压敏陶瓷。
ZnO系是压敏电阻陶瓷材料中性能最优异的一种,1968 年日本松下公司首先开发出ZnO压敏电阻器。
ZnO压敏电阻陶瓷材料是在主要成分ZnO中,添加Bi2O3、Co2O3、MnO2、Cr2O3、Al2O3、Sb2O3、TiO2、SiO2、B2O3和PbO等氧化物改性烧结而成,添加剂的作用大都是偏析在晶界上形成阻挡层,另一部分添加剂起降低烧结温度和控制晶粒尺寸的作用。
随着对低压压敏电阻的需求量愈来愈大,ZnO的低压化成为研究的热点。
1.2.2 BaTiO3系低压压敏电阻陶瓷BaTiO3系压敏电阻陶瓷基片是在BaCO3和TiO2的等摩尔混合物中添加微量Ag2O、SiO2、Al2O3等金属氧化物,加压成型后,在1300~1400℃的惰性气氛中烧结获得的电阻率为0.4~1.5Ω·cm的半导体。
在此半导体的一个面上,于800~900℃在空气中烧覆银电极,在另一面上制成欧姆电极。
因此BaTiO3系压敏电阻是利用添加微量金属氧化物而半导体化的BaTiO3系烧结体与银电极之间存在的整流作用正向特性的压敏电阻,这种压敏电阻实际上是半导体化的BaTiO3电容器的一种变相应用。
由于BaTiO3的半导体特性,其压敏电压在几伏以下,很适合低压范围使用。
BaTiO3系压敏电阻与BaTiO3系相比具有并联电容大(0.01~0.1 mF)、寿命长、价格便宜等优点。
1.2.3TiO2系低压压敏电阻陶瓷20 世纪80 年代,美国贝尔实验室为了取代SiC压敏电阻器,开发出TiO2系压敏电阻器。
它的主体材料是TiO2,通常添加Nb2O5、BaO,SrO 和MnO2等其它氧化物。
TiO2系压敏电阻陶瓷的特点是生产工艺比较简单、成本低,通流能力和电容量都高于ZnO,最突出的特点是低压化比较容易实现,故成为低压压敏电阻器中性能较好的一种。
1.2.4WO3系低压压敏陶瓷WO3系压敏陶瓷是一种新型的低压压敏材料,具有压敏电压低(≤10 V/mm),工作电流小(≈10 mA)及非线性系数良好(≈6)等优点,存在进一步改进的潜力,具有研究开发价值。
Makarov等于1994年首先报道了对WO3非线性特性的一些研究成果。
WO3陶瓷与ZnO不同,不掺杂任何杂质时已具有非线性特性。
这说明在WO3陶瓷体中可能具有固有的界面态。
试验结果表明,掺入MnO2和Na2CO3可以明显提高WO3的非线性,WO3-MnO2-Na2CO3-CoCO3系列中较好的配比为95.5:3:0.5:1(摩尔分数)。
掺入Al2O3可以明显改善WO3的电学稳定性,但同时也使非线性降低。
1.2.5 SrTiO3 系电容–压敏陶瓷SrTiO3系电容–压敏陶瓷的组成可分为主要成分和添加成分:主要成分为Sr1-x Ca x TiO3,其中x在0~0.3之间;添加成分为:(1)半导化元素氧化物:如Nb2O5、WO3、La2O3、CeO2、Nd2O3、Y2O3和Ta2O5等。
(2)改性元素氧化物:Na2O可以提高耐电涌冲击能力和改善压敏电压比;MnCO3、SiO2、Ag2O 和CuO 提高电阻器的温度稳定性。
适当地选取添加成分的种类和含量,可以得到不同参数的电阻器,但添加成分的总含量(摩尔分数)应控制在10%以内。
1985 年Kaino报道了Na+扩散型(Sr,Ca)TiO3系陶瓷,发现经过Ca2+掺杂改性后的陶瓷比原来的SrTiO3陶瓷具有更高的非线性系数和更强的吸收浪涌能量的能力,其压敏电压可以在25~400 V/mm 之间宽范围内调节,而且压敏电压具有正的温度系数。
SrTiO3系虽然非线性系数较低(α<10),但介电常数大,具有压敏和电容双功能,吸收高频噪声和瞬态浪涌等,因此在电子线路的保护和消除电噪声等方面有着广泛的应用前景。
1.2.6 TiO2系电容–压敏陶瓷TiO2电容–压敏陶瓷电阻器,是一种新型复合功能元件。
由于它的压敏电压低(可低于6 V),非线性系数较高(可达9以上)以及超高的相对介电常数(在104~105量级),可以实现元件与电路的小型化,同时具有电容和压敏双重特性,因此在低压领域的复合功能元件中占据主导地位。
日本最早发现以TiO2为基体,掺杂Sb2O3、CeO2等添加剂可以制成电容–压敏双功能陶瓷材料。
Santhosh 和Kharat等人通过掺入Nb+Sr,制备出压敏性能优良的TiO2压敏材料,其压敏电压V1mA约为50 V/mm,非线性系数为7~8。
许毓春等发现添加SiO2有利于Nb5+进入TiO2晶粒,促进晶粒半导化,使压敏电压下降,并且使晶界相发生变化,非线性系数得以提高。
苏文斌等研究了掺入WO3对TiO2压敏性质的影响,发现WO3掺入量为0.25%时样品表现出最好的压敏性能,其压敏电压为42.5 V/mm,非线性系数达9.6,以及较高的相对介电常数(7.41×104)。
1.2.7 ZnO 系高压压敏陶瓷自日本首先使用ZnO无间隙避雷器取代传统的SiC 串联间隙避雷器以来,国内外都开始将ZnO系的高压化作为一个主要的研究方向,在实际应用中ZnO 系高压电阻器也占据主要地位。
对于ZnO材料来说,晶界的平均压敏电压为2~3V,因此通过抑制ZnO晶粒生长,减小晶粒尺寸,增加晶界层数就可以制备出超高击穿场强的材料。
试验结果表明,添加Sb2O3和SiO2能够抑制晶粒生长。
G.S.Snow等人采用ZnO-CoO-PbO-Bi2O3配方,在700~1000℃之间热压烧结,获得了晶粒尺寸小、击穿场强为600 V/mm 的ZnO压敏陶瓷材料。
uf等人利用sol-gel方法制备超细均匀粉料,热压烧结,击穿场强可达980 V/mm。
由于ZnO压敏陶瓷呈现较好的压敏特性,在电力系统、电子线路、家用电器等各种装置中都有广泛的应用,目尤其在高性能浪涌吸收、过压保护、超导移能和无间隙避雷器方面的应用最为突出。
自七十年代日本首先使用ZnO无间隙避雷器取代传统的SiC串联间隙避雷器以来,国内外都相继开展了这方面的应用研究。
但ZnO压敏掺杂成份和相结构组成都比较复杂,导致材料稳定性差,性能容易退化。
在高压领域的应用还存在局限性。
如生产高压避雷器,则需要大量的BaTiO3压敏电阻阀片叠加,不仅加大了产品的外形尺寸,而且高压避雷器要求较低的残压比也比较难实现, 为此需要研究开发新的高性能高压压敏陶瓷材料。