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功能陶瓷材料研究进展概述作者：朱守金倪江利孙权海边健来源：《科技创新与应用》2019年第23期摘; 要：功能陶瓷材料因具有磁、电、声、光、力、热等方面的优异性能，在微电子技术、激光技术、自动化技术、光电子技术、通信、环保、能源和生物医药等领域得到广泛应用，在生活生产和科学技术发展中起到重要作用。
文章重点介绍了功能陶瓷材料在我国的发展现状，阐述了功能陶瓷材料的种类、基本性质、应用、发展趋势及对策。
关键词：功能陶瓷;应用;趋势中图分类号：TQ174; ; ; ; 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）23-0089-02Abstract： Functional ceramic materials are widely used in microelectronic technology， laser technology， automation technology， optoelectronic technology， communications，environmental protection， energy and biomedicine because of their excellent magnetic，electrical， acoustic， optical， mechanical and thermal properties， thus playing an important role in life， work and the development of science and technology. This paper focuses on the development of functional ceramics in China， and expounds the types， basic properties， applications，development trends and countermeasures of functional ceramics.Keywords： functional ceramics; application; trend引言功能陶瓷是利用光、热、力、声、磁、电等直接效应及耦合效应的一种先进材料。
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。
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。
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。
它显示出优良的伏安特性，具有非线性系数大，耐大电流冲击，抗浪涌能力强等特点，能起到过压保护、抗雷击、抵制瞬间脉冲的作用，成为应用最广泛的压敏变阻器材料[1]。
ZnO压敏电阻器按其外形和结构的特征可分为[2]：单层结构压敏电阻器、多层结构压敏电阻器和避雷器用压敏电阻片（或阀片）。
ZnO压敏材料表现为由晶界阻抗所确定的具有高阻值的线性电阻性质，一旦电压超过就成为导体，表现为由晶粒和晶界共同确定的具有低阻值的非线性电阻性质，非线性系数α愈大，则保护性能愈好，对稳压元件来说，则电压稳定度起高。
ZnO压敏陶瓷是最为常见的压敏陶瓷，主要应用于航空、航天、邮电、铁路、汽车和家用电器等领域。
随着集成电路的快速发展，各种电子元器件的驱动电压及耐压值逐渐下降，由于ZnO压敏陶瓷电压较高和介电常数较低，限制了其在低压微电子领域的应用。
近年来，低压压敏电阻材料的发展受到了广泛的关注[3]。
2.掺杂对ZnO压敏陶瓷的影响ZnO压敏陶瓷是以ZnO为主原料，通过掺入多种氧化物，如Bi2O3、TiO2、Co2O3、MnO2、Cr2O3和Nb2O5等进行改性而得到的烧结体。
因此，掺杂元素的种类不同，对ZnO压敏陶瓷的电学性能的影响也不同。
根据添加剂的作用机理，可分为三类[4]：（1）、促进ZnO压敏陶瓷形成晶界结构。
如Bi2O3、BaO、SrO、PbO、Pr2O3等，它们的主要作用是促进液相烧结，形成陷阱和表面态。
该类添加剂具有大的离子半径，烧结时存在晶界偏析，从而形成一个高缺陷浓度的薄层，在界面处形成势垒，使制品呈非线性。
（2）、改善ZnO压敏陶瓷电学性能的非线性特性。
如Co2O3、MnO2、Al2O3、Ga2O3等，它们的一部分作为施主杂质固溶于ZnO内，提供载流子，其余部分则在晶界处形成陷阱和受主态，提高势垒高度。
例如，于宙[5]等人采用共沉淀方法制备了名义组分为Zn1- x，Mn x O(x=0.001,0.005,0.007,0.01)的Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料，并研究了在大气气氛下经过不同温度退火后样品的结构和磁性的变化，结果表明：样品在600℃的大气条件下退火后，仍为单一的六方纤锌矿结构的ZnO颗粒材料；当样品经过800℃退火后，Mn掺杂量为0.007，0.01的样品中除了ZnO纤锌矿结构外还观察到ZnMnO3第二相的存在。
磁性测量表明，大气条件下600℃退火后的样品，呈现出室温铁磁性；而800℃退火后的样品，其室温铁磁性显著减弱，并表现为明显的顺磁性，结合对样品的光致发光谱的分析，认为合成样品的室温铁磁性是由于Mn离子对ZnO中的Zn离子的替代形成的。
（3）、提高可靠性。
如Sb2O3、Ce2O3、SiO2等，它们的主要作用是提高压敏陶瓷对电压负荷和环境的影响的稳定性。
总之，压敏陶瓷的电气性能主要取决于添加剂的种类及其在晶界处的分布特性。
例如，成鹏飞[6]等人在不同温度下测量了稀土氧化物Gd2O3和Ce2O3掺杂ZnO－Bi2O3系压敏陶瓷的介电频谱，发现稀土氧化物的掺杂引起介电损耗显著增大。
能过理论计算发现稀土氧化物掺杂后岛上填隙和氧空位浓度显著增大，而耗尽层宽度明显减小。
因此认为稀土氧化物引起施主性本征缺陷浓度的增大，导致肖脱基势垒变薄，从而引起泄露电流的增大及非线性指数的下降。
3. ZnO粉体的合成方法氧化锌压敏陶瓷的性能取决于粉料的制备和加工工艺。
粉料的制备是生产陶瓷材料的基础，其制备方法分为氧化物混合法(干法)和湿式化学合成法。
目前国内外几乎都采用干法工艺生产氧化锌压敏陶瓷粉体[7]，此工艺简单实用、成本较低，但由于其采用多种固体氧化物粉末经过机械混合、压制和烧结来合成制品，很难保证成分均匀准确，且易产生研磨介质对粉料的污染，无法从根本上解决产品成分均匀性问题[8]。
为了获得匀质的ZnO压敏陶瓷，国内外很多科学工作者在用液相法合成陶瓷粉料上做了大量的研究。
目前常用的液相合成陶瓷粉料法有共沉淀法、包覆法、水热法、溶胶－凝胶法、液相包裹法及固相法等。
3.1共淀法共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。
通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。
共沉淀法的优点在于：其一是通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料，其二是容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料。
离子共沉淀分为吸附共沉淀、类质同晶(固溶悼)共沉淀和包裹夹杂共沉淀。
化学性质价态相同和离子半径相近的离子容易形成类质同晶共沉淀。
ZnO压敏陶瓷掺杂离子一般是2价或3价，性质差异较大，困此多为吸附共沉淀或包裹夹杂共沉淀，沉淀微粒带电荷情况与比表面大小对沉淀物性质有很大影响，也就是说，共沉淀时的温度、pH、表面活性剂、溶剂、加料情况及搅拌混合程度等都影响沉淀物组成、粒度及形状。
共沉淀法制备ZnO粉体的一般过程为：预先制备活性ZnO，然后在分散剂等作用下形成半胶体状态的溶液。
ZnO成为掺杂物沉淀包膜的晶格，控制其它因素可使性质差异较大的多种掺杂离子共同沉淀下来，悬浮在溶液中的ZnO微粒具有较强活性．起着“晶核”作用，掺杂离子除了部分自身形成晶核外，大多数掺杂离子均能沉积在活性ZnO颗粒表面形成包膜层，经一定时间反应后可得到组成恒定、粒度小分布均匀呈近似球形的粉料。
由于掺杂组分在制粉阶段就匀质地包裹覆盖在ZnO微粒表面形成一层薄膜，则烧结时有利于离子尽快扩散到ZnO晶粒表面形成富Bi2O3相和不连续的尖晶石相，成为典型的ZnO压敏电阻体结构。
另外ZnO的活性又直接影响烧结形成晶相的固－固、固－液反应温度和反应速度，活性好的ZnO有利于降低烧结温度，加快反应速度。
这对缩短烧结时间、改进烧结制度、降低能耗都是有意义的。
其次掺杂物质和ZnO晶棱紧密地结合比其固相法粉末的结合强度高得多．这也有利多相晶体形成。
其中，李春[9]等人重点研究了五元掺杂组分共沉淀包膜ZnO微粒的过程中各种因素对粉料mol%配比、粒度分布、颗粒形状及电性能的影响，优化工艺参数；对三种制锌方法的压敏陶瓷电性能进行了比较，在此基础上建立氧化锌压敏陶瓷制粉新方法。
3.2包覆法超细粉体表面包覆技术包括机械混合法、气相沉积法、超临界流体快速膨胀法以及液相化学法。
机械混合法是利用挤压、冲击、剪切、摩擦等机械力将改性剂均匀分布在粉体颗粒外表面，各种组分相互渗入和扩散，形成包覆。
目前主要应用的有球石研磨法、搅拌研磨法和高速气流冲击法。
其优点是处理时间短，反应进程容易控制，可连续手批量生产。
气相沉积法主要包括气相化学沉积法和雾化液滴沉积法，均是利用和体系中的改性剂在表面聚集而形成的对粉体的包覆。
超临界流体快速膨胀法是利用超临办液体在流化床的快速膨胀，使改性微核在颗表面形成均匀的薄膜包覆。
超临界流体在快速膨胀过程中，超临界相向气相的快速转变引发流体溶解度的急剧变化，在高频流动的膨胀射流场中瞬间均匀析出溶质微核，膨胀气流载带这些均匀微核与流化床中的颗碰撞产生均匀接触，从而在细颗粒表面形成均匀包覆。
液相化学法是利用湿环境中的化学反应形成改性添加对颗粒进行表面包覆。
与其他方法相比，易于形成核－壳结构。
该方法尤其适用于陶瓷材料的改性掺杂，工艺简单，成本低。
常用的液相包覆方法有沉淀法、溶胶－凝胶法、异相凝聚法、非均匀形核法、微乳液法、化学镀法等。
袁铁锤[10]等人通过对包覆法制备ZnO压敏陶瓷粉体的研究，证明包覆法可以制得恒定组成的复合粉体，该粉体经压制烧结后制成的ZnO压敏陶瓷，与用传统氧化物混合法制备的ZnO压敏陶瓷相比，其一致性更好、耐电流冲击能力更强、击穿电压更高，烧结密度达5.52g/cm3，明显高于传统机械混合法的5.40 g/cm3；制备出的压敏电阻片性能为：漏电流小于10μA，击穿电压为240V/mm，最大非线性系数为45。
3.3水热法水热与溶剂热[11]合成是指在一定温度（100℃～1000℃）和压强（1MPa～100MPa）条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成。
水热与溶剂热合成化学与溶液化学不同，它是研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律的化学分支。
因为合成反应在高温和高压下进行，所以产生对水热与溶剂热合成化学反应体系的特殊技术要求，如耐高温高压与化学腐蚀的反应釜等。
水热合成化学侧重于研究水热合成条件下物质的反应性、合成规律以及合成产物的结构与性质。
