氧化锌压敏陶瓷应用及制备
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氧化锌电压敏陶瓷理论及应用(简介、目录)简介《氧化锌电压敏陶瓷理论及应用》内容主要包括氧化锌压敏陶瓷、避雷器元器件制造材料、配方、正艺及其工艺装备、产品设计和性能测试方法等,对我国氧化锌避雷器和压敏电阻器科研成果、生产技术进行了系统总结,特别在次晶界形成机理、烧成冷却速度和热处理工艺作用机理、压敏陶瓷几何效应等方面具有独特见解和创新。
《氧化锌电压敏陶瓷理论及应用》可供电子陶瓷元器件的研究人员,特别是从事压敏电阻器、避雷器专业设计和生产的工程技术人员参考;也可作为高等院校无机材料、电气工程、电子电器等相关专业师生教学和科研的参考书。
目录前言第一篇氧化锌压敏陶瓷基础理论和电气性能第1章氧化锌压敏陶瓷基础理论1.1 概论1.1.1 氧化锌压敏电阻的演变历史与发展1.1.2 氧化锌压敏陶瓷的制备方法1.1.3 应用领域的拓展1.2 氧化锌压敏陶瓷的物理化学和显微结构1.2.1 氧化锌压敏陶瓷产生压敏性的物理基础1.2.2 氧化锌压敏陶瓷产生压敏性的化学基础1.2.3 氧化锌压敏陶瓷产生压敏性的显微结构1.3 氧化锌压敏陶瓷显微结构中的物相1.3.1 主晶相——氧化锌晶粒1.3.2 晶界层1.3.3 晶界层含有的物相1.4 晶界势垒与导电机理1.4.1 导电机理需要解释的基本现象1.4.2 不同电压区域具有代表性的导电理论模型1.4.3 耗尽层1.4.4 块体模型1.4.5 压敏电阻的等价电路1.5 晶界势垒的形成1.5.1 晶界势垒的形成与烧成冷却过程的关系1.5.2 晶界势垒与添加剂的关系1.6 氧化锌压敏陶瓷的晶界势垒高度和宽度1.6.1 漏电流与温度的关系1.6.2 漏电流与归一化电压的关系及其对耗尽区宽度的估计参考文献第2章氧化锌压敏陶瓷的电气性能与测试方法2.1 电压一电流特性2.1.1 全电压一电流特性2.1.2 小电流区的交流和直流电压一电流特性2.1.3 温度特性2.2 介电特性及损耗机理的研究2.2.1 氧化锌压敏陶瓷材料的介电谱2.2.2 阻性电流与电容和压敏电压乘积的关系2.2.3 介电特性与显微结构的关系理论探讨2.2.4 阻性电流与荷电率的关系2.3 响应特性2.3.1 响应现象2.3.2 等值电路与响应特性的微观机理2.4 耐受能量冲击特性2.4.1 能量吸收能力2.4.2 压敏电阻的可靠性2.4.3 失效模式2.5 寿命及其预测2.6 氧化锌压敏陶瓷蜕变机理的实际研究2.6.1 氧化锌压敏陶瓷经受电流冲击后伏安特性蜕变规律的实际测试研究2.6.2 利用热刺激电流对氧化锌压敏陶瓷蜕变机理的研究2.6.3 氧化锌压敏陶瓷体内冲击时受热过程的研究2.6.4 晶界温升梯度对界面态的影响2.6.5 氧化锌压敏陶瓷遭受冲击时的蜕变机理参考文献第3章氧化锌压敏陶瓷的烧结原理及压敏功能结构的形成3.1 液相烧结与固相烧结3.1.1 氧化锌压敏陶瓷的烧结特点3.1.2 液相的形成3.1.3 液相传质3.1.4 晶界相的分布3.2 致密化过程3.2.1 坯体的致密化规律3.2.2 影响致密化的因素3.2.3 致密化理论分析3.3 ZnO-Bi2O3二元系统陶瓷的形成机理3.3.1 ZnO-Bi2O3二元系统相图3.3.2 ZnO-Bi2O3二元系统的烧成收缩和重量损失3.3.3 ZnO-Bi2O3二元系统的晶粒尺寸和气孔3.4 其他二元和三元系统的形成机理3.4.1 二元系统3.4.2 三元和多元系统3.5 典型多元氧化锌压敏陶瓷形成机理的基础研究3.5.1 晶相组成与相间反应3.5.2 晶相共生关系的分析3.5.3 添加剂的作用3.5.4 实际应用性研究3.6 晶粒中的次晶界.3.6.1 氧化锌晶粒中的次晶界现象3.6.2 影响次晶界的因素3.6.3 次晶界的形成机制3.6.4 次晶界和主晶界对电气性能的影响3.7 对氧化锌压敏陶瓷晶界相研究的最新进展参考文献第4章氧化锌压敏陶瓷的热处理效应和高温热释电现象4.1 氧化锌压敏陶瓷的热处理效应4.1.1 热处理工艺对氧化锌压敏陶瓷性能的影响4.1.2 热处理气氛对氧化锌压敏陶瓷性能的影响4.1.3 氧在氧化锌压敏陶瓷体中扩散重要性的实验证明4.1.4 热处理对氧化锌陶瓷压敏性能长期稳定性及对交流漏电流两种分量的影响4.1.5 氧化锌压敏电阻热处理机理的理论分析4.2 高温热释电现象4.2.1 Bi2O3系和Pr2O3系氧化锌压敏陶瓷材料的高温热释电现象4.2.2 升温对氧化锌压敏陶瓷材料的高温热释电电流的影响4.2.3 热历史对Bi2O3系和Pr2O3系氧化锌压敏陶瓷材料的高温热释电I-T曲线的影响4.2.4 氧化锌压敏陶瓷材料的高温热释电现象的分析讨论参考文献第二篇氧化锌压敏陶瓷电阻片制造工艺第5章氧化压敏陶瓷制造用原材料及其质量控制5.1 氧化锌5.1.1 氧化锌的一般性质5.1.2 氧化锌的半导体性质5.1.3 氧化锌的制造方法5.1.4 氧化锌在氧化锌压敏陶瓷的作用、选择与质量控制5.2 添加物原料5.2.1 常用添加物原料的一般理化性能5.2.2 添加物原料的热性能5.2.3 添加物原料的X衍射分析5.2.4 添加物原料的pH、粒度分布与颗粒形貌5.2.5 添加物原料的作用5.2.6 添加物原料的技术要求与质量控制5.3 有机原材料5.3.1 聚乙烯醇5.3.2 分散剂5.3.3 消泡剂5.3.4 润滑剂5.3.5 增塑剂5.3.6 乙基纤维素5.3.7 三氯乙烯5.4 其他材料参考文献第6章氧化锌避雷器陶瓷电阻片的制造工艺6.1 氧化锌陶瓷压敏电阻配方与工艺设计原则6.1.1 根据用途设计配方6.1.2 根据添加物的作用选择不同添加物成分及添加量6.1.3 配方与制造工艺的配合6.1.4 典型的避雷器用氧化锌压敏电阻片的生产工艺流程与工艺装备6.2 添加剂原料的细化处理与氧化锌混合粉料的制备6.2.1 添加剂配料与细化处理6.2.2 添加剂细磨粒度对压敏电阻器主要电气性能的影响6.2.3 制备氧化锌与添加剂混合浆料的胶体物理化学基础(文章摘自: )。
氧化锌复合功能陶瓷的制备与研究氧化锌复合功能陶瓷的制备与研究引言:随着科技的不断进步和人们对新材料的需求不断增加,陶瓷材料已经进入了多功能复合材料的时代。
氧化锌复合功能陶瓷作为一种具有良好电性和光学性能的材料,在光电器件、传感器、催化等领域有着广泛的应用。
本文旨在介绍氧化锌复合功能陶瓷的制备方法以及对其性能的研究。
一、氧化锌复合功能陶瓷的制备方法1. 原料准备氧化锌复合功能陶瓷的制备需要准备适量的氧化锌粉末以及其他添加剂,如铜粉、碳纳米管等。
氧化锌粉末可以通过化学合成或物理法合成得到。
2. 混合与均匀将原料进行混合,并通过高速均匀机械搅拌或者球磨的方法,使各种添加剂均匀分散在氧化锌粉末中,以便获得均匀的材料。
3. 成型将混合均匀的材料进行成型。
常见的成型方法有干压成型、注射成型等。
干压成型是将材料放入模具中,并在高压下压制,使其成形。
注射成型是将材料与有机溶剂混合,制成糊状物质,然后通过注射器将糊状物质注入模具中,待其固化后取出。
4. 烧结将成型后的材料进行烧结处理。
烧结过程中,通过控制温度和时间,使材料中的粉末颗粒形成致密的整体,提高材料的密度和机械强度。
二、氧化锌复合功能陶瓷的性能研究1. 电学性能研究氧化锌复合功能陶瓷具有良好的电学性能,可以应用于光电器件等领域。
通过测试其电导率、电阻率、介电常数等参数,可以评估材料在电学方面的性能。
研究发现,添加适量的铜粉可以显著提高氧化锌复合功能陶瓷的导电性能。
2. 光学性能研究氧化锌复合功能陶瓷具有良好的光学性能,可以用于制备光电器件和传感器。
研究人员通过测量透射率、反射率等参数,评估材料在光学方面的性能。
研究表明,添加碳纳米管可以提高氧化锌复合功能陶瓷的光学性能。
3. 催化性能研究氧化锌复合功能陶瓷还具有良好的催化性能,可以应用于催化剂的制备。
通过测量催化反应的速率、转化率等参数,可以评估材料在催化方面的性能。
一项研究发现,添加适量的铜粉和碳纳米管可以显著提高氧化锌复合功能陶瓷的催化性能。
氧化锌压敏陶瓷1.功能陶瓷所谓功能陶瓷,就是指在微电子、光电子信息和自动化技术以及生物医学、能源和环保工程等基础产业领域中所用到的陶瓷材料。
功能陶瓷所具有的独特声、光、热、电磁等物理特性和生物、化学以及适当的的力学特性,在相应的工程和技术中起到了关键的作用。
这种陶瓷材料从其形态上可以分为块体、粉体、纤维和薄膜四种类型。
2.压敏陶瓷压敏陶瓷既是功能陶瓷的一种,它是指一定温度下,某一特定电压范围内,具有非线性伏安特性且其电阻随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。
目前压敏陶瓷主要有4大类—— SiC、TiO2、SrtiO3和ZnO。
其中应用广、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,压敏电阻α值(非线性指数)高( α>60,比SiC压敏电阻器10倍以上),有可调整C值和较高的通流容量,因此得到广泛的应用。
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。
3.氧化锌压敏陶瓷ZnO压敏陶瓷生产方法是在ZnO 中添加Bi2 O3、Co2 O3、MnO2、Cr2 O3、Al2 03、Sb2 03、Ti02、Si02、B2O3 和PbO 等的氧化物。
在配方中常含有Bi 元素,其主晶相为具有n型半导体特性的ZnO;此外,瓷相中除有少量添加物与ZnO形成的固溶体外,大部分添加物在ZnO晶粒之间形成连续晶相。
主晶相ZnO 是n型半导体,体积电阻率为10 ·m以上的高电阻层。
因此,外加电压几乎都集中在晶界层上,其晶界的性质和瓷体的显微结构对ZnO电阻的压敏特性起着决定性作用。
一般ZnO的粒径d为几微米到几十个微米,晶界层厚度为0.02~0.2 ;也有人认为晶界相主要集中于三到四个ZnO晶粒交角处,晶界相不连续,在ZnO 晶粒接触面间形成有一层厚度20U左右的富铋层,其性质对非线性特性起重要作用。
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。
陶瓷用氧化锌简介陶瓷用氧化锌是一种常见的陶瓷材料添加剂,具有优异的性能和广泛的应用领域。
本文将从氧化锌的基本性质、制备方法、应用领域等方面进行详细介绍。
1. 氧化锌的基本性质氧化锌(化学式:ZnO)是一种无机化合物,具有白色结晶粉末的形态。
它具有以下基本性质:•物理性质:氧化锌的密度为5.61 g/cm³,熔点约为1975℃,沸点约为2360℃。
它是一种无定形物质,在高温下会熔化成液体状态。
•化学性质:氧化锌是一种亲电性较强的氧化物,具有良好的化学稳定性。
它可以与许多物质发生反应,如酸、碱等。
此外,氧化锌还具有光催化性能和半导体性质。
2. 氧化锌的制备方法氧化锌可以通过多种方法制备,常见的制备方法包括:•直接煅烧法:将锌金属在高温下与氧气反应,生成氧化锌。
这种方法简单易行,但需要高温条件和较长的反应时间。
•水热法:将适量的锌盐与碱溶液反应,在高温高压下形成氧化锌。
这种方法制备的氧化锌粉末颗粒较小,分散性好。
•溶胶-凝胶法:通过溶胶的形式将锌盐溶解在溶剂中,然后经过凝胶化处理,最终得到氧化锌凝胶。
此后,凝胶经过干燥和煅烧处理,得到氧化锌粉末。
3. 陶瓷用氧化锌的应用领域陶瓷用氧化锌由于其优异的性能,在陶瓷工业中有广泛的应用。
以下是几个主要的应用领域:•釉料添加剂:氧化锌可以作为釉料的添加剂,用于提高釉料的光亮度和透明度。
它可以促进釉料的熔融和流动性,使陶瓷制品表面更光滑、均匀。
•颜料:氧化锌可以作为陶瓷颜料的成分之一,用于调节陶瓷制品的颜色。
不同添加量的氧化锌可以使陶瓷制品呈现出不同的颜色,丰富了陶瓷制品的装饰效果。
•抛光剂:氧化锌可以作为陶瓷抛光剂的成分之一,用于提高陶瓷制品的光洁度和光泽度。
它可以填充陶瓷表面的微小孔隙,使陶瓷制品更加光滑细腻。
•陶瓷制品增强剂:氧化锌可以增强陶瓷制品的力学性能,提高其强度和硬度。
添加适量的氧化锌可以改善陶瓷制品的抗压、抗弯和抗冲击性能。
4. 总结陶瓷用氧化锌是一种常见的陶瓷材料添加剂,具有优异的性能和广泛的应用领域。
氧化锌压敏电阻粉体制备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。
其工作原理是基于压敏陶瓷所具有的伏安(I—V)非线性特性.即当电压低于某一临界值时,压敏电阻的阻值非常高,相当于绝缘体,当电压超过这一临界值时,电阻急剧减小.接近于导体。
因为这种效应的存在,压敏电阻器被广泛应用于过压保护和稳压方面。
目前,制造压敏电阻器的半导体材料主要有两大类:SiC和ZnO。
这两类压敏电阻器的I—V非线性特性都来源于陶瓷体中的晶界势垒。
在ZnO压敏电阻出现以前,SiC一直是制备压敏电阻器的重要材料。
相对于SiC压敏电阻器而言,ZnO压敏电阻器具有非线性系数大、响应时间短、残压低、电压温度系数小、漏电流小等独特的优良性能,因而,在电子线路、家用电器和电力系统的稳压和过压保护领域,ZnO压敏电阻器的开发与应用起着举足轻重的作用。
ZnO压敏电阻的性能取决于它的微观结构和产品的尺寸,其微观结构往往是由加入掺杂剂的种类、加入量,粉体制备工艺所引起的粉体大小、尺寸分布、形状、均匀性等的不同,以及烧结工艺、煅烧温度、煅烧时间、升温及降温速度等因素决定的。
通过对这些因素的优化,可提高ZnO压敏电阻的性能。
氧化锌压敏电阻器根据其应用环境,可分为低压、高压两大类。
其中低压压敏电阻器主要应用于微电子设备、电话交换机中的集成电路模块以及晶体管的浪涌等领域;高压压敏电阻器主要应用于高压、超高压输电系统、大型设备的操作保护、大气过压保护等领域。
高压ZnO压敏电阻的优点是电压梯度高、大电流特性好,但能量容量小,容易损坏。
解决这一问题的有效方法是开发高压高能型压敏电阻.即提高压敏电阻的电压梯度、非线性系数和减小漏电流。
氧化锌压敏电阻的主要制备方法有:固相法、液相法包覆法、燃烧法、湿化学法等,其中湿化学法包括化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、热分解法等。
本次试验采用化学共沉淀法制备氧化锌粉体。
ZnO陶瓷及其应用压敏陶瓷介绍压敏陶瓷或称压敏变阻器,指对电压变化敏感的非线性电阻陶瓷(即电阻值与外加电压成显著的非线性关系),其伏安特性曲线如图。
当电压低于某一临界值时,压敏陶瓷的阻值非常高,几乎为一绝缘体,当电压超过这一临界值时,电阻值急剧减小,接近于导体。
已经出现了多种压敏陶瓷电阻器的应用,SiC用来吸收雷击突波以来,从1931年日本将微型电动机彩色电视机用它吸收异常电压、硅整流器、如有线电话交换机用它消除电火花、用它来吸收噪声及对电机进行过压保护和继电保护等、其中BaTiO3SnO2、、SrTiO3等。
BaTiO3SiC制造压敏半导体陶瓷材料有、ZnO、、Fe2O3利用的是晶界非欧姆特SrTiO3、ZnO、利用的是电极与烧结体界面的非欧姆型,Fe2O3而SiC ZnO压敏半导体陶瓷。
性。
目前应用最广、性能最好的是远优于其他材料ZnO可见ZnO简介历史起源.结构性能制备应用:(压敏陶瓷、掺杂半导体)前景历史起源人类很早便学会了使用氧化锌作涂料或外用医药,但是人类发现氧化锌的历史难以追溯。
氧化锌在古代和近代的另一主要用途是涂料,称为锌白。
在20世纪后半叶,氧化锌多用在了橡胶工业。
在20世纪70年代,氧化锌的第二大用途是是复印纸添加剂。
现在,晶粒微小的氧化锌开始在纳米材料领域扩展应用范围结构ZnO的晶体结构纤锌矿晶体结构,其中氧离子以六方密堆积排列,锌离子占据了一半四面体间隙。
也有立方闪锌矿结构,以及比较罕见的氯化钠式八面体结构,纤锌矿结构在三者中稳定性最高,最常见ZnO的能带结构2+-2能级所组成的。
当离子相互靠近而形成晶4s空的Zn能级和2p满的O的能带由ZnO.体时,这些能级就形成能带。
满的2p和空的4s之间的禁带宽度约为3.2~3.4 eV。
从禁带宽度看,室温下ZnO应是一绝缘体。
(禁带宽度是指一个带隙宽度(单位是电子伏特(eV)),固体中电子的能量是不可以连续取值的,而是一些不连续的能带,要导电就要有自由电子存在,自由电子存在的能带称为导带(能导电),被束缚的电子要成为自由电子,就必须获得足够能量从价带跃迁到导带,这个能量的最小值就是禁带宽度。