压敏陶瓷专业实验
TiO2压敏陶瓷的极性及其阻抗谱分析
５ ４ １ ０ ０ ４ ；２ ． 桂林 电器科学研究院
４ １ ０ ０ ８ ３ ）
５ ４ １ ０ ０ ４ ；３ ．中南大学 材料科学与工程学院，长沙
摘要 ： 采用 电子陶瓷工艺制备 了施主一 受主共掺 Ｔ ｉ Ｏ ： 基压敏一 电容双功能元件 。电流一 电压 （ ， ． 以及阻 抗一 电压 （ Ｚ ＿ 、 相角一 电压 （ 一 、 电容一 电压 （ ｃ － 、 介电损耗角正切一 电压 （ Ｄ一 等 阻抗谱分析表 明 ，
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｄ ｏ ｎ ｏ ｒ － ａ ｃ ｃ ｅ ｐ ｔ ｏ ｒ Ｃ Ｏ － ｄ ｏ ｐ ｅ ｄ Ｔｉ Ｏ２ ｖ ａ ｒ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｗ ａ ｓ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ
ＺＨＡＮ Ｇ Ｘｉ ａ ｏ — ｗｅ ｎ ， ｜ ｆ ．ＬＩ Ｕ Ｘｉ ｎ — ｙ ｕ ’
（ Ｊ ．Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆＩ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ，Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆＥ ｏ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ ５ ４ １ ０ ０ ４ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ．肋 Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｐ ｏ ｓ ｔ ｄ ｏ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ，Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ
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压电陶瓷性能实验报告
一、实验目的1. 了解压电陶瓷的基本性能、结构、用途、制备方法。
2. 掌握压电陶瓷常见的表征方法及检测手段。
3. 通过实验，掌握压电陶瓷的性能测试方法，并对实验数据进行处理和分析。
二、实验原理压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，当受到外力作用时，会在其表面产生电荷；反之，当施加电场时，压电陶瓷会产生形变。
压电陶瓷的性能主要包括压电系数、介电常数、损耗角正切、机械品质因数等。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：压电陶瓷样品2. 实验仪器：（1）电容测微仪（2）机械标定仪（3）直流电源（4）扫描隧道显微镜（5）谐振法测定仪（6）准静态法测定仪四、实验步骤1. 样品准备：将压电陶瓷样品清洗干净，并用无水乙醇进行脱脂处理。
2. 压电陶瓷性能测试：（1）电容测微仪测试：将压电陶瓷样品固定在电容测微仪上，通过改变直流电压，观察样品的轴向变形和弯曲变形。
（2）谐振法测定：将压电陶瓷样品固定在谐振法测定仪上，测量样品的频率响应曲线和压电耦合系数。
（3）准静态法测定：将压电陶瓷样品固定在准静态法测定仪上，测量样品的压电常数d33。
3. 数据处理与分析：将实验数据输入计算机，进行数据处理和分析，得出压电陶瓷的性能参数。
五、实验结果与分析1. 电容测微仪测试结果：通过电容测微仪测试，得出压电陶瓷样品的轴向变形和弯曲变形与电压的关系曲线。
根据曲线，计算出样品的压电系数。
2. 谐振法测定结果：通过谐振法测定，得出压电陶瓷样品的频率响应曲线和压电耦合系数。
根据曲线，计算出样品的介电常数和损耗角正切。
3. 准静态法测定结果：通过准静态法测定，得出压电陶瓷样品的压电常数d33。
根据测定结果，分析样品的压电性能。
六、实验结论1. 压电陶瓷样品具有良好的压电性能，满足实验要求。
2. 实验过程中，通过电容测微仪、谐振法测定和准静态法测定，分别获得了压电陶瓷样品的轴向变形、弯曲变形、频率响应曲线、压电耦合系数、介电常数、损耗角正切和压电常数等性能参数。
氧化锌压敏陶瓷应用及制备
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。
《压敏陶瓷的制备与性能》项目介绍
压敏陶瓷的制备与性能
电压敏感传感器是指电阻值随电压而变化的元件，简称压敏电阻器，在电路中起到特殊的保安作用，大量应用于电气设备的过流或过压暴露电路以及避雷器等。
其工作原理基于其核心材料—对电压敏感的半导体陶瓷材料特殊的非线性伏安特性，在某一临界电压以下电阻值非常高，几乎没有电流通过，但超过这一临界电压时，电阻将急剧变小，并有电流通过，随着电压的少许增加，电流会快速增大。
本课题要求在前期文献调研后能自主选择一种有价值的压敏半导体材料作为研究对象，结合《无机材料科学基础》基础理论知识，提出切实可行的制备压敏陶瓷实验方案，根据方案制备压敏陶瓷，研究2-3个制备过程参数对压敏陶瓷的影响作用；在学习和掌握《材料研究方法》和《材料物理性能》基本知识的基础上，对所制备的压敏陶瓷进行物相结构、微观结构、成分以及电学性能的测试与分析；并对实验数据进行科学处理，对实验结果合理分析，最后总结实验和项目成果和经验，撰写总结报告。
压敏陶瓷材料设计
材料化学专业科研训练（材料设计）题目:压敏陶瓷材料设计班级学号:材化09-1姓名:指导教师:哈尔滨理工大学化学与环境工程学院2012年01月5日摘要压敏陶瓷是指电阻值与外加电压成显著的非直线性关系的半导体陶瓷。
本文介绍了压敏陶瓷的应用和发展前景以及压敏陶瓷的分类，并以ZnO压敏陶瓷为例对压敏陶瓷的电性能、工艺原理和导电机理进行了介绍。
最后论述了对ZnO压敏陶瓷进行提高致密度、掺杂Nb2O5，NaCO3、改变组分等一系列的改性的方法以及原理，使其有更优越的压敏性能。
目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 压敏陶瓷材料介绍 (1)1.1.1 压敏陶瓷发展及前景 (1)1.1.2 压敏电阻的应用 (2)1.1.3 压敏陶瓷分类 (3)第2章压敏陶瓷工作原理及性能 (5)2.1 电流电压（I-V）特性 (5)2.2 非线性系数α (5)2.3 材料常数C (6)2.4 漏电流 (7)2.5 电压温度系数 (7)2.6 残压比 (8)2.7 相对介电常数ε (8)第3章ZnO压敏特性的优化设计 (9)3.1 基本理论 (9)3.2 降低压敏电压的改性 (10)3.2.1 提高烧结致密度 (10)3.2.2 掺杂施主杂质Nb2O5 (11)3.3 增大压敏电压的改性 (11)3.3.1 改变组分 (11)3.3.2 掺杂受主杂质Na2CO3 (12)总结 (13)参考文献 (14)第1章绪论1.1压敏陶瓷材料介绍压敏陶瓷是指电阻值随着外加电压变化有一显著的非线性变化的半导体陶瓷，具有非线性伏安特性，在某一临界电压下，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，并有电流通过，随电压的少许增加，电流会很快增大。
使用时加上电极包封即成为压敏电阻器。
英文全名为variable resistor，简称varistor，故又称变阻器[1]。
压敏陶瓷材料是指在某一特定电压范围内具有非线性欧姆（V-I）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。
低温制备ZnO压敏陶瓷及其电性能研究
0 引言随着电子-电力设备的高速发展 以及电路设备的功耗逐渐增大，多层式压敏电阻在电器设备中所起的作用越来越大。
ZnO压敏陶瓷作为一种多功能的N型半导体电子材料，具有较宽的禁带宽度（3.37 eV）、高的非线性系数、高通流容量、优异的能量吸收能力以及低成本等特性，被低温制备ZnO压敏陶瓷及其电性能研究11211周波 鲁加加 吴龙 马雪 李良锋（1. 西南科技大学材料科学与工程学院 绵阳 621010；2. 青岛市产品质量监督检验研究院 青岛 266101）摘 要 ZnO压敏陶瓷作为电压保护以及抗浪涌设备中电子元器件的核心材料，其高非线性系数，高通流容量，强浪涌吸收能力等性能研究以及低温烧结制备技术受到广泛关注。
通过掺杂烧结助剂BST（Bi O∶SiO∶TiO摩尔比为6∶4∶3），2322于875 ℃烧结制备了性能优异的ZnO压敏陶瓷。
主要探究了烧结助剂的掺量对ZnO压敏陶瓷的物相组成、微观结构、体积密度以及压敏性能的影响。
结果表明：BST掺杂会导致晶粒细化，有效地提高样品的致密度及压敏性能。
当BST掺量摩尔分数3为0.25%时，获得样品的综合性能最佳，体积密度为5.63 g/cm，相对密度为97.4%，非线性系数最大为38.9，电压梯度为最2小值301.2 V/mm，漏电流密度为最小值0.028 m A/cm。
关键词 ZnO压敏陶瓷；低温烧结；压敏性能；非线性系数中图分类号：TQ174 文献标识码：A 文章编号：1003－1987（2020）07－0016－0Low Temperature Preparation and Electrical Properties of ZnO Varistor Ceramics11211ZHOU Bo, LU Jiajia, WU Long, MA Xue, LI Liangfeng（1. School of Materials Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China；2. Qingdao Product Quality Supervision and Testing Research Center, Qingdao 266101, China）Abstract: As the core material of electronic components in voltage protection and anti-surge equipment, ZnO varistor ceramic has attracted wide attention due to its high nonlinear coefficient, high current capacity, strong surge absorption capacity and other low-temperature sintering preparation technologies. ZnO varistorceramics with excellent properties were prepared by doping sintering aid BST the molar ratio of Bi O-23 SiO-TiO is 6∶4∶3at 875 °C. The effects of the content of sintering aids on the phase composition, 22microstructure, density, and electrical properties of ZnO varistor ceramics were mainly investigated. The results show that BST doping will lead to grain refinement, which can effectively increase the density and electrical properties of the sample. When the BST content is 0.25mol%, the comprehensive performance of3the obtained sample is the best. The bulk density is 5.63g/cm, relative density is 97.4%,the minimum2voltage gradient is 301.2V/mm, and the leakage current density is 0.028 μA/cm.Key Words: ZnO varistor, low-temperature sintering, electrical property, nonlinear coefficient5——————————作者简介：周波（1995-），男，硕士 。
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。
ZnO压敏陶瓷材料排胶工艺研究7-3-A
９８
失重０．９２％（图１ａ），而未加聚乙烯醇的粉料样品热失重 仅０．４％（图１ｂ），这个失重差别主要是由于前者发生聚乙 烯醇分解挥发。聚乙烯醇在２００℃以上分解生成醋酸、乙 醛、丁烯醇和水［１］，这些分解产物在２２０会迅速挥发。
图１ａ显示，５００￣６００℃，加聚乙烯醇的粉料样品还有 热失重０．５６％，这主要由于试验时升温速率太大，导致部 分聚乙烯醇来不及分解生成了共轭双键的聚合物，这类 聚合物在较高温度会碳化燃烧并以二氧化碳和水蒸气的 形式排出［１］。本文的热分析试验是在空气环境中进行，
摘 要：本文研究了ZnO压敏陶瓷材料的排胶工艺热过程，通过差示扫描量热法（DSC）和热重法（TG）分析了高中低压三种压敏电压梯度材料 从室温至600℃热过程中的物理化学反应情况，结果显示，除了粘合剂分解挥发外，氧化锌压敏电阻材料的排胶过程中还存在其他重要 的物理化学反应，且成分不同差别很大。在多种氧化物添加材料中，氧化锑在排胶工艺过程中会发生较强烈的物理化学反应，因此，在 配方成分中添加有较多氧化锑的中高压压敏材料的排胶过程应特别注意控制温度曲线，以避免产品烧结后变形和电性能分散。
ＴＧ／％
针对上述第（１）项分析结果，在３００℃左右的放热 峰应该是三个试样共同的化学成分造成，氧化锌本身在 这个温度附近并无明显物理化学反应（见图３ａ），氧化 铋在此温度范围无放热吸热反应［２］，氧化镍在３５８℃有个 较小吸热谷［２］，在加热温升速率较大的时候，碳酸锰的 分解反应会持续较大温度区间，因此，３００℃左右的放热峰 应该与Ｃｏ３Ｏ４有关。
ＤＳＣ／（ｍＷ／ｍｇ）
↑放热 ０．６
质量变化：－０．２１％
０．５
质量变化：－０．４４％
０．４ ［１］
０．３ 质量变化：－０．２３％
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。
低温烧结ZnO-玻璃系压敏陶瓷的研究
1327
低温烧结 ZnO－玻璃系压敏陶瓷的研究
∗
雷
鸣，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，陕西 西安 710049) 摘 要： 研究了不同硼硅玻璃配方及相关工艺对低温
烧结（1000℃和 1050℃下烧结）ZnO 玻璃系压敏陶 瓷致密化过程和电气性能的影响。发现含较多 PbO 和少量 ZnO 的 G1 玻璃具有较合适的软化点温度和较 好的晶粒润湿性，对应试样的电气性能最好；坯体初 始密度、保温时间、降温速率和烧结气氛都显著影响 着试样的烧结性能和电气性能。 关键词：ZnO 压敏陶瓷；硼硅玻璃；致密化；电气性能 中图分类号：TM28 文章编号：1001-9731（2004）增刊 文献标识码：A
2＋
雷 鸣 等：低温烧结 ZnO－玻璃系压敏陶瓷的研究
1329
晶粒润湿性差，使得试样 S2.1 晶粒尺寸最小，平均 击穿场强 EB 最大。然而，烧结过程中硼硅玻璃会在 晶界处重结晶，产生 5ZnO·2B2O3 和 2ZnO·SiO2 晶界 相[6,10]。因此，G2 玻璃可能会产生更多的 2ZnO·SiO2 相，使玻璃结晶度上升，从而引起晶界势垒高度 φB 和非线性指数 α 上升[10]；这样就解释了尽管 G2 玻璃 润湿性不如 G1， 但 S2.1 的非线性并不明显差于 S1.1。 综上可见，G1 玻璃具有较为合适的软化点温度，因 此对应试样的晶粒较均匀，电性能较好。 表3 玻璃配方对试样电性能的影响 图 3 试样初始密度对最小气孔率的影响 Fig 3 Influence of green density on the minimal porosity 我们将初始密度为 3.18 g/cm3 的试样的致密化过 程延长至 1150℃，发现气孔率甚至上升至 15%以上。 这表明：当坯体的气孔率到达最小值时，瓷体内大部 分气孔都已成为闭气孔，此时若继续升高温度，瓷体 中低熔点物质挥发后将无法顺利排出， 导致瓷体内部 气孔率显著上升。 3.3 保温时间的影响 以试样 S1.6 为例， 在 1000℃时其烧成密度随保 温时间的变化如图 4。 Table 3 Influence of glass compositions on the samples’ performance
激光诱发ZnO压敏陶瓷组织及性能研究的开题报告
激光诱发ZnO压敏陶瓷组织及性能研究的开题报告摘要：本文旨在研究激光诱发ZnO压敏陶瓷的组织及性能。
首先对ZnO压敏陶瓷的基本特性进行了简要介绍，分析了目前研究中存在的问题和发展方向。
其次，介绍了激光处理技术的基本原理、激光装置的构成与参数选择，探究了激光与陶瓷的相互作用机理。
接着，详细论述了激光诱发ZnO压敏陶瓷的制备工艺，包括激光处理参数的优化和对组织性能的分析。
最后，对目前工作的意义和未来研究方向作了阐述。
关键词：激光诱发、ZnO压敏陶瓷、组织性能一、研究背景ZnO压敏陶瓷具有灵敏的电学响应、宽工作频率范围、瞬态响应速度等优良特性，应用广泛于电力装置、通信设备、自动化系统等领域。
随着电子技术的不断发展和应用需求的提高，ZnO压敏陶瓷的性能和组织结构已成为研究热点。
然而目前尚存在一些问题，如ZnO压敏陶瓷的抗压性能需要进一步提高，并完善其疲劳寿命和稳定性等。
激光处理技术在材料加工和表面改性方面具有独特的优势，其高功率、高精度、非接触性等特点正在被广泛应用。
本文旨在探究激光诱发ZnO压敏陶瓷组织改性的途径，为ZnO压敏陶瓷的性能提升提供新思路。
二、研究内容1. ZnO压敏陶瓷的基本特性2. 激光处理技术的基本原理及适用性3. 激光诱发ZnO压敏陶瓷制备工艺研究4. 结构和性能分析5. 意义和未来研究方向三、研究方法本文采用实验室制备的ZnO压敏陶瓷样品，利用激光处理技术对其进行组织和性能的改性。
研究中包括激光处理参数的优化和对组织性能的分析，使用SEM、XRD、电学参数测试等手段对样品进行实验研究。
四、研究预期结果1. 探究激光诱发ZnO压敏陶瓷的组织改性途径，解决其存在的问题。
2. 对激光诱发ZnO压敏陶瓷的制备工艺进行优化，获得性能更优的材料。
3. 通过结构和性能分析，得到ZnO压敏陶瓷激光处理后的特性。
4. 为ZnO压敏陶瓷的应用提供新的思路和方法。
五、研究意义本文的研究可以为激光处理技术在ZnO压敏陶瓷领域的应用提供一种新思路和方法，其研究结果可以为ZnO压敏陶瓷的性能提升和应用拓展提供理论和实践指导。
压敏陶瓷详解
一
功能，用途，种类
ZnO陶瓷
优点
制作工艺简单 性能稳定 非线性系数高
缺点
噪声吸收能力大 介电损耗大 响应速度慢
一
功能，用途，种类
SrTiO3陶瓷
优点
非线性系数高 压敏电压低 介电损耗低
缺点
原材料昂贵 制备工艺复杂 使用寿命短
一
功能，用途，种类
其他压敏陶瓷
金红石结构
和电容器材料。
一
功能，用途，种类
TiO2压敏陶瓷
目前存在的问题
介电损耗较大，以漏导损耗为主。
介电损耗：漏导损耗，松弛极化损耗，结构损耗。
二
制备过程
二
称量
制备过程
在精度为0.1mg的精密电子天平上准确称取所需原料的量
混料
根据料的重量,按照质量比,料:水:球=1:(1.5~2.0):(LS~3.0),以 250r/min的转速球磨4小时,使各原料充分混合均匀。
三
结构与性能 2+ 4+ rSr ＞ rTi
(Nb,Sr)掺杂的TiO2压敏电
阻具有较低的压敏电压 (7~11v/mm),而且随锶含量
通过掺杂改善材料的性能
的增加,压敏电压逐渐升高。
压敏电压随锶含量的变化关系图
三
结构与性能
烧结温度显著影响材料的性能
适当的烧结温度,可使晶粒生长充分,并降低压敏电压、完善晶界的形 成:过高的烧结温度会使晶粒过分长大,甚至出现晶粒异常长大的现象, 导致晶界不稳定;过低的烧结温度不利于势垒的形成,压敏性能较差。 同时适当的保温时间也是获得一定高度晶界势垒、形成具有良好压
绝缘化
绝缘化就在半导化的晶粒之间形在一层致密而绝缘化的晶界层,用 以产生压敏电阻的电流一电压非线性特性和超高的介电性能.
氧化锌陶瓷作为敏感陶瓷的研究
由此可见,随着ZnO压敏陶瓷性能的进一 步提高和应用技术的拓展,它的应用将更 加广阔。因此, 研究者要从技术创新、 工艺创新等方面制备和开发ZnO压敏陶瓷, 不断提高其性能指标。
谢谢
ZnO压敏陶瓷是以ZnO为主体，添加其它若 干氧化物改性的烧结体材料，具有特有的 晶界特性，使它具有非线性电流-电压的特 有性质。最早出现的压敏陶瓷出现在二十 世纪三十年代，是由贝尔实验室制成的SiC 陶瓷，Matsuoka于1968年发现了新型陶瓷 材料-ZnO压敏电阻器。
ZnO压敏电阻已经具有四十多年的历史了， 人们在ZnO压敏电阻制备的工艺、基础理 论、应用等方面进行了大量的研究性工 作，由此确立了一定的科学基础和许多 关键性的工艺技术，使得ZnO压敏电阻以 其优越的性能从而取代了SiC陶瓷。
对不同烧结温度样品进行x射线衍射分析。 结果表明相成分基本一致。这说明烧结 温度的变化引起电阻率的变化不是由相 成分的差异导致的。从缺陷状态来，不 论是本征缺陷还是杂质块陷都与温度和 氧分压密切相关。
随着烧结温度提高， 瓷体致密性提高，颜 色逐步由白变成深灰 色。因此内部氧分压 会急剧下降。这样极 有利于增加氧化锌晶 粒的导电电子。这样 随着温度的提高，氧 化锌陶瓷的电阻率会 急剧下降。
随过渡元素添加量的增加，压敏电压和非线性 系数也随之增大，漏电流随之减小。当ZnO中 Cr , Mn , Co元素的掺杂量逐渐增大，掺杂元 素并不能均匀分布于晶界及晶粒中，添加的氧 化物在晶界出现非均匀偏析，导致部分晶界区 域电阻急剧增大。
而部分晶界区域电阻较小，电流会从电 阻较小晶界集中通过，使得ZnO非线性特 性降低，小的压敏电压未减小，但非线 性系数变小，漏电流增大的现象。另外， 离子半径越大的，在晶界偏析量越大， 掺杂量对压敏性能的影响越明显。
脉冲电场下ZnO压敏陶瓷动态击穿过程研究
脉冲电场下ZnO压敏陶瓷动态击穿过程研究祝志祥;高志鹏;朱承治;张强;朱思宇;卢成嘉;刘艺;杨佳;吴超峰;曹林洪;王轲【摘要】陶瓷电击穿问题涉及热、光、电多场耦合效应,一直是非平衡物理学研究的重点和热点.本工作在不同烧结温度下制备了晶粒尺寸大小不同的氧化锌陶瓷,采用脉冲高压发生装置对陶瓷进行击穿实验,通过对陶瓷击穿过程的分析和对比,研究了ZnO陶瓷体击穿的时间步骤.结果显示,不同晶粒大小的陶瓷击穿过程均在7μs 之内,典型的压降曲线分为三个阶段.第一个阶段对应于材料中的气孔击穿和击穿通道初步形成;第二阶段对应于晶界击穿;第三个阶段是导电通道的完全形成.研究数据显示,晶粒击穿过程的持续时间最长,晶界次之,气孔的击穿时间最短.不同烧结温度下,样品晶界和晶粒的击穿时间以及气孔的击穿速度均存在差异.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2019(034)007【总页数】6页(P715-720)【关键词】ZnO陶瓷;多晶材料;击穿过程;脉冲电压【作者】祝志祥;高志鹏;朱承治;张强;朱思宇;卢成嘉;刘艺;杨佳;吴超峰;曹林洪;王轲【作者单位】全球能源互联网研究院有限公司电工新材料研究所,先进输电技术国家重点实验室,北京 102211;中国工程物理研究院流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理重点实验室,绵阳 621900;国网浙江省电力有限公司,杭州310007;全球能源互联网研究院有限公司电工新材料研究所,先进输电技术国家重点实验室,北京102211;西南科技大学材料科学与工程学院,绵阳 621000;中国工程物理研究院流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理重点实验室,绵阳 621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理重点实验室,绵阳 621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理重点实验室,绵阳 621900;清华大学材料科学与工程学院,北京 100084;西南科技大学材料科学与工程学院,绵阳621000;清华大学材料科学与工程学院,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TN3041967年日本松下公司首先开发出ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷[1], 由于其优异的非线性系数、极快的响应速度、较高的通流能力以及低廉的工艺成本, 被广泛应用于电过载保护领域, 如高压输电系统中的电涌保护器以及防雷系统中的避雷器等。
压力陶瓷特性实验报告
一、实验目的1. 了解压力陶瓷的基本特性和应用领域。
2. 掌握压力陶瓷的制备方法及性能测试方法。
3. 分析压力陶瓷在不同压力条件下的性能变化。
二、实验原理压力陶瓷是一种新型功能陶瓷材料，具有优异的压力敏感性能。
当压力作用于压力陶瓷时，其电阻、电容、电导等性能会发生显著变化，因此，压力陶瓷在传感器、执行器等领域具有广泛的应用前景。
三、实验器材1. 压力陶瓷样品：尺寸为10mm×10mm×1mm。
2. 压力传感器：量程为0～10MPa。
3. 数字多用表：量程为0～1000Ω。
4. 万用表：量程为0～1000Ω。
5. 电源：直流稳压电源。
6. 导线、夹具等。
四、实验步骤1. 将压力陶瓷样品放置于压力传感器上，确保接触良好。
2. 使用数字多用表测量压力陶瓷样品在未施加压力时的电阻值，记录数据。
3. 逐步施加压力，每次增加0.5MPa，记录相应的电阻值。
4. 重复步骤3，直至施加10MPa的压力。
5. 使用万用表测量压力陶瓷样品在未施加压力时的电容值，记录数据。
6. 逐步施加压力，每次增加0.5MPa，记录相应的电容值。
7. 重复步骤6，直至施加10MPa的压力。
8. 使用数字多用表测量压力陶瓷样品在未施加压力时的电导率，记录数据。
9. 逐步施加压力，每次增加0.5MPa，记录相应的电导率。
10. 重复步骤9，直至施加10MPa的压力。
五、实验数据及分析1. 压力与电阻的关系通过实验数据可知，压力陶瓷样品的电阻随压力的增加而逐渐增大。
在施加压力的过程中，压力陶瓷样品的电阻值从初始的约100Ω增大至10MPa压力下的约1000Ω。
这表明压力陶瓷具有较好的压力敏感性能。
2. 压力与电容的关系实验数据表明，压力陶瓷样品的电容随压力的增加而逐渐减小。
在施加压力的过程中，压力陶瓷样品的电容值从初始的约100pF减小至10MPa压力下的约50pF。
这表明压力陶瓷在压力变化时具有较好的电容响应特性。
纳米ZnO压敏陶瓷的制备及性能研究
太原理工大学硕士学位论文纳米ZnO压敏陶瓷的制备及性能研究姓名：闫晓燕申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：卫英慧2003.4.1查墨墨兰垄兰堡主兰堡垒墨．——Ｙ５．ｆ８２＿ｆ７摘要ＺｎＯ压敏电阻器具有非线性Ｉ—ｖ特性高、浪涌吸收能力强、漏电流小、通流容量大等优点，广泛应用于电力系统和微电子等领域。
传统的ＺｎＯ压敏电阻器是以微米级的ＺｎＯ粉体为原料，受其固有的物理、化学和热力学特性的制约，难以提高其性能。
为了寻求解决这些问题的方法，进一步提高产品质量，本文从纳米ＺｎＯ粉体的制备入手，研究了纳米ＺｎＯ压敏陶瓷的烧结和压敏性能，并和普通ＺｎＯ压敏陶瓷的性能进行比较。
取得如下结果：（１）采用直接沉淀法可制备出粒径小于ｌＯＯｎｍ的ＺｎＯ纳米粉体。
随前驱体焙烧温度的升高和焙烧时间的延长。
晶粒逐渐长大，晶体发育趋于完整。
经过计算，纳米ＺｎＯ的晶粒生长动力学指数为１．８，比其他～些氧化物的晶粒生长动力学指数小。
（２）随着烧结温度的升高，ＺｎＯ压敏陶瓷的晶粒逐渐长大，结构逐渐致密；随着温度的进一步提高，晶粒内部出现气孔，至１２００℃时，晶粒内的气孔（微空洞）明显地增多、变大。
所以欲获得显微结构均匀、性能优异的ＺｎＯ压敏陶瓷片，其烧结温度不能过高，以１２００℃为宜。
（３）纳米ＺｎＯ压敏陶瓷烧结后得到比普通ＺｎＯ压敏陶瓷晶粒尺寸小的烧结体，而且纳米ＺｎＯ压敏陶瓷比普通ＺｎＯ压敏陶瓷结构均匀。
—————————————————，——————————————————＋———————————————＿———————————，——————一一太原理工大学硕士学位论文（４）坯：体在低温（９００℃）烧结时，晶粒中存在大量的亚晶界，陶瓷体中能产生非线性特性的晶界层的作用不十分明显，从而造成非线性消失。
随着烧结温度的升高，亚晶界数目减少，到１２００。
Ｃ后就会趋于消失，其非线性特性较好。
（５）纳米ＺｕＯ压敏陶瓷比普通ＺｕＯ压敏陶瓷的非线性特性要好。
实验9 陶瓷材料烧结工艺和性能测试
陶瓷材料烧结工艺和性能测试实验指导书1实验目的和意义1）了解和掌握在实验室条件下制备功能陶瓷材料的典型工艺和原理，包括配方计算、称量、混料、筛分、造粒、成型、排塑、烧结、加工、物理与电学性能测试等基本过程，本实验以多功能TiO2 压敏陶瓷的制备和性能检测为实例。
2）利用实验找出材料的最优烧结工艺，包括烧结温度和烧结时间。
2 实验背景知识2.1 试样制备2.1.1 敏感陶瓷的原理敏感陶瓷材料是某些传感器中的关键材料之一，用于制作敏感元件，它是一类新型多晶半导体功能陶瓷。
敏感陶瓷材料是指当作用于有这些材料制造的原件上的某一个外界条件，如温度、压力、湿度、气氛、电场、光及射线改变时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从这种元件上准确迅速的获得某种有用的信号。
按其相应的特性把这些材料分别称作为热敏、压敏、湿敏、光敏、气敏及离子敏感陶瓷。
敏感陶瓷就是通过微量杂质的掺入，控制烧结气氛（化学计量比偏离）及陶瓷的微观结构，可以使传统绝缘陶瓷半导体化，并使其具备一定的性能。
陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相系统，通过人为掺杂，造成晶粒表面的组分偏离，在晶粒表层产生固溶、偏析及晶格缺陷；在晶界处产生异质相的析出、杂质的聚集，晶格缺陷及晶格各向异性等。
这些晶粒边界层的组成、结构变化，显著改变了晶界的电性能，从而导致整个陶瓷电气性能的显著变化。
2.1.2 压敏陶瓷的原理压敏半导体陶瓷是指电阻值与外加电压成显著的非线性关系的半导体陶瓷。
使用时加上电极后包封即成为压敏电阻器。
制造压敏电阻器的半导体陶瓷材料主要有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3、TiO2 等。
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、TiO2 利用的是晶界的非欧姆特性，目前在高压领域中应用最广、性能最好的是ZnO 压敏陶瓷。
氧化锌压敏电阻器的I-V 特性曲线（左图）及其示意图（右图）由于大规模集成电流的广泛使用，对变阻器的要求是更小更薄，具有更多功能和相对较低漏电流。
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压敏电阻陶瓷的制备和非线性系数的测定
一、实验目的
1、掌握压敏效应的概念及特点；
2、了解压敏陶瓷的特性、原理和应用；
3、熟悉压敏电阻陶瓷的制备过程和非线性系数的测定方法。
二、实验原理
压敏效应是指当外加电压增加到某一临界值之后，流过材料中的电流急剧增大，或其电阻率急剧减小的非线性效应。
压敏电阻器是基于此效应的一种电阻值随外加电压的增加而敏感变化的电子陶瓷器件。
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，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 （intergrated circuit ）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。
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。
其中ZnO 压敏电阻器具有电压非线性好，耐浪涌量大，响应速度快等特点，自1968年由日本松下公司开发应用以来，发展极为迅速，以优异的性能占据了压敏电阻器的主要市场。
压敏电阻器的非线性特性是由其特殊的微观结构决定的，其材料是半导体，通常由半导体晶粒和绝缘性晶界形成一个个双肖特基势垒结构，从而表现出压敏效应。
压敏陶瓷是一种非线性电阻器，因此，它的电性能参数都是由非线性系数引出的。
这些电性能参数主要包括非线性系数、压敏电压、漏电流、通流能力、残压比、电压温度系数、能量耐量、固有电容等。
在本实验中，我们主要研究压敏电阻陶瓷的非线性系数的测定。
非线性系数一般用α表示，其计算公式为：
α=1
212lg lg lg lg V V I I -- （2-1) 式中，V 1、V 2分别对应压敏电阻上通过电流I 1、I 2时的电压。
一般取I 1=0.1mA 、I 2=1mA
时分别对应的电压V 0.1mA 、V 1mA 来计算，因此式(2-1)可进一步简化为：
α=1/lg mA
mA V V 1.01 (2-2 ) 本实验采用式(2-2 )来计算非线性系数α的值。
三、实验试剂与仪器
1. 试剂：氧化锌、三氧化二铋、二氧化锰、银浆。
2. 仪器：电子天平、球磨机及球磨罐、研钵、50目筛子、干燥箱、压片机、箱式电阻炉、MY-4C 型压敏电阻测试仪。
四、实验步骤
1. 按照摩尔比为98%ZnO 、1%Bi2O3、1%MnO2,其中取ZnO 为5g,计算其他两种原料的质量，并称取原料；
2. 将原料放入球磨罐里，加入适量的去离子水，球磨4小时。
3. 将球磨后的原料在烘箱烘干。
4. 研磨原料，随后选用50目的网筛进行过筛。
5. 按0.8wt%的比例添加PV A ，再进行步骤4，随后进行压片。
6. 将压好的片子在箱式电阻炉中650o C 保温2h 排塑，冷却后，在1000o C 保温2h 烧结。
7. 将烧结后的试样涂银，烧银后测量其压敏特性，即非线性系数。
8. 在压敏测试仪上分别测量试样电流在1mA 和0.1mA 下的电压，按照公式（1-2）求出非线性系数。
五、注意事项
1. 球磨过程中，加入的水要适量，以刚淹没锆球为宜。
如果球磨时间不够，粉料粒度较大其不能均匀混合；如果时间太长，由于原子团聚作用，球磨效率降低，因此球磨时间定为4小时。
2. 压片成型过程中，成型压力过大，成品易碎、分层；压力过小则不利于成型。
实验中选用的压力为3~5MP ，压制的片子厚度为1mm 左右，直径为12mm 。
3. 烧结是坯体在高温下发生一系列物理化学变化，形成预期化学组成和微观机构的过程。
它是整个工艺中的关键，必须制定正确的烧结制定，根据本实验的原料成瓷机理，选用5o C/min 升至1000o C 保温2h 。
4. 烧结好的陶瓷片在涂银前需要用石英砂磨平，其目的是磨去瓷体表面的高阻层。
六、思考题
1. 实验过程中为什么要将原料进行球磨，球磨过程中加入的水过多会怎样？
2. 加入PV A 的目的是什么？
3. 测量非线性系数时，电流为1mA 和0.1mA 下的电压差距越大非线性系数越高，还是差距越小，系数越高？。