氧化锌压敏陶瓷研究现状

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。

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。

现代稳定型氧化锌压敏陶瓷的直流老化研究进展武康宁;程卓林;李柔;李建英;李盛涛【期刊名称】《高电压技术》【年(卷),期】2024(50)2【摘要】现代稳定型氧化锌压敏陶瓷的直流老化功耗随时间持续降低,完全不同于功耗不断上升的传统老化现象,给基础老化理论和工程应用均带来了巨大挑战。

这种反常的老化现象已经超出了经典离子迁移老化理论的范畴,其非阿雷尼乌斯特征也使实际状态评估和寿命预测难以开展。

文中详述了现代稳定型氧化锌压敏陶瓷的直流老化及恢复特征:正向伏安特性在直流老化后存在“交叉”现象;老化过程可逆,试样充分恢复后能达到其未老化状态。

离子重排(donorionredistribution,DIR)老化模型可合理解释氧化锌压敏陶瓷的直流老化现象。

氧化锌压敏陶瓷的老化功耗取决于界面态消耗与耗尽层离子“U”型分布之间的竞争,前者导致功耗上升而后者有利于功耗降低。

稳定型氧化锌压敏陶瓷的势垒界面态在高温、缺氧气氛等条件下不能保持稳定,其原本下降的功耗也能转变为不断上升。

此外,广为应用的功耗(泄漏电流)具有显著的电压依赖特性,并不能反映氧化锌压敏陶瓷真实的老化状态,反向老化系数则有望成为一种有效的老化状态表征参数。

通过深化现代稳定型氧化锌压敏陶瓷的老化现象、老化机制及状态评估的认识,本文旨在推进我国高性能氧化锌压敏陶瓷生产制造和高端避雷器发展。

【总页数】13页(P621-633)【作者】武康宁;程卓林;李柔;李建英;李盛涛【作者单位】西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TQ1【相关文献】1.氧化锌压敏陶瓷及其元件研究进展2.氧化锌压敏陶瓷粉体的研究进展3.高压氧化锌压敏陶瓷粉体的制备现状及研究进展4.微波烧结氧化锌压敏陶瓷的研究进展5.氧化锌压敏陶瓷脉冲放电特性研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

zno压敏陶瓷溅射金属化的研究近年来，随着生产技术的不断发展，高性能的材料应用范围也在不断扩大。

其中，受压敏（PVDS）陶瓷研究的限制，深入研究PVDS陶瓷还有待完善。

压敏陶瓷（PVDS）是一种新型结构复合材料，聚合物增强陶瓷（PEC）。

它可以有效地提供耐高应力、耐热、耐腐蚀、耐氧化、抗热变形能力以及抗热负载能力。

然而，深入研究压敏陶瓷的性能和行为，以及进一步发展新的高性能PVDS材料，还有待开发更高性能的PVDS材料。

在研究压敏陶瓷性能和行为方面，一种新型技术称为激射金属化技术（SLM）也被广泛研究。

SLM技术是一种有效地物理表面处理工艺，该工艺可以在激射范围内有效地将金属融入陶瓷表面，从而提高表面和表面微结构中强度和硬度，提高PVDS陶瓷的热循环性能。

同时，还可以显着提高耐磨性，阻燃性，耐腐蚀性和抗冲击性。

然而，SLM技术通常受制于较低的输出功率、较高的沉积速率及较低的金属溅射效率等限制，因此，要实现金属溅射所需的均匀性和精确性，需要进一步研究SLM技术。

因此，本研究的目的是探讨PVDS陶瓷溅射金属化的性能，以期在提高PVDS的性能和行为方面取得积极的结果。

首先，采用SLM技术对PVDS陶瓷进行溅射金属化，以了解溅射金属化对PVDS的改性效果。

其次，对改性后的PVDS进行测试，以评估它的性能和行为。

最后，利用宏观分析和显微分析技术，研究PVDS改性后的微观结构，以更好地了解溅射金属化对其表面和尺寸的影响。

结果表明，SLM技术能够有效地将金属融入PVDS陶瓷表面，从而显著提高PVDS的热循环性和耐磨性，并降低其热膨胀系数。

此外，溅射金属化还能显著改善PVDS表面的表面粗糙度和抗热变形性能，这在微观结构分析中得到了证实。

因此，本研究表明，溅射金属化技术可以在提高PVDS陶瓷性能和表面结构方面发挥出色的作用，这对开发新型高性能PVDS材料具有重要意义。

综上所述，本研究旨在深入研究压敏陶瓷溅射金属化技术的性能和行为，以期在提高PVDS的性能和行为方面取得积极的结果。

氧化锌的现状及未来五至十年发展前景氧化锌作为一种重要的无机化合物，在电子、光电、化妆品等领域有着广泛的应用。

本文将从不同角度探讨氧化锌的现状及未来五至十年的发展前景。

首先，让我们来了解一下氧化锌目前的应用情况。

氧化锌作为一种半导体材料，其在电子领域拥有广泛的应用。

它可以制作成薄膜晶体管，用于显示屏、光伏电池等设备中。

此外，氧化锌还可用于制作薄膜太阳能电池、透明导电膜等新型能源材料，有望在未来的能源领域发挥更重要的作用。

在光电领域，氧化锌被广泛应用于光电探测器和激光器等器件中。

其高导电性和光电性能使其成为制备高性能光电器件的理想材料。

此外，氧化锌还可以用于制备纳米结构材料，如纳米线阵列、纳米颗粒等，这些纳米结构具有特殊的光电特性，有望在传感器、光催化等领域展示更多潜力。

在化妆品领域，氧化锌作为一种无毒、无刺激性的物质，被广泛应用于防晒霜、面膜等产品中。

其高效的紫外线吸收和抗菌作用，使得氧化锌成为理想的化妆品原料之一。

随着人们对健康和环境的重视程度的提高，氧化锌在化妆品领域的应用前景将进一步扩大。

未来五至十年，氧化锌的发展前景可谓广阔。

首先，在电子领域，随着智能化设备的普及和需求的增加，氧化锌在显示屏、光伏电池等领域的应用将进一步扩大。

其高性能和低成本的特点将使其成为制造业的首选材料之一。

其次，在能源领域，氧化锌的应用前景也十分看好。

其作为新型能源材料的研究和应用将在未来五至十年有所突破。

特别是在薄膜太阳能电池领域，氧化锌将成为提高光电转换效率的重要材料。

此外，在生物医药领域，氧化锌的应用也将得到进一步拓展。

其抗菌性能和荧光特性使其成为生物诊断和治疗的理想材料。

例如，氧化锌纳米颗粒可以用于制备高效药物载体，实现靶向治疗。

综上所述，氧化锌作为一种具有广泛应用前景的无机化合物，在电子、光电、化妆品等领域都有着重要的地位。

未来五至十年，氧化锌的发展前景将更加光明。

随着技术的进步和研发的深入，相信氧化锌会在更多领域展现其优势，并为人类社会的发展做出更大的贡献。

2023年氧化锌行业市场分析现状氧化锌是一种重要的无机化工产品，具有广泛的应用前景。

目前，氧化锌行业市场需求量大，产能较为充足，但市场竞争较为激烈。

本文将对氧化锌行业市场的现状进行分析。

首先，氧化锌行业的需求情况。

氧化锌主要用于橡胶制品、涂料、陶瓷、医药、化肥等领域。

随着国内外橡胶工业、陶瓷工业、电子行业的快速发展，对氧化锌的需求量不断增加。

另外，随着我国环保意识的提高，对无毒、无害、可再生的环保型材料的需求也在增加，而氧化锌作为一种无毒、无害的环保材料，其对外销售量也不断增长。

综合来看，氧化锌行业市场需求量持续增加的趋势明显。

其次，氧化锌行业的产能情况。

我国是全球最大的氧化锌生产国之一，拥有大量的氧化锌生产企业。

根据中国铅锌产业协会的数据，目前我国氧化锌产能已经达到了每年100多万吨。

其中，江苏、河南、湖南、山东等地是氧化锌生产的主要地区。

产能的扩大使得氧化锌市场供应量相对充足。

再次，氧化锌行业市场的竞争状况。

氧化锌市场竞争激烈，主要表现在以下几个方面。

首先，市场上存在大量的氧化锌生产企业，供应商众多，形成了激烈的价格竞争，价格波动较大。

其次，技术水平上存在差异，一些大型企业具有较强的研发能力和生产能力，能够生产高品质的氧化锌产品，而一些小型企业则面临技术升级的压力。

第三，市场上存在一些进口氧化锌产品，这些产品具有一定的竞争优势，对国内市场造成了一定的冲击。

综合来看，氧化锌行业市场竞争激烈，企业需要通过技术创新、产品优势等方面来提升竞争力。

最后，氧化锌行业的发展趋势。

随着现代工业的发展，对氧化锌产品的品质要求越来越高，这对氧化锌行业提出了新的挑战。

未来，氧化锌行业需要加强技术创新，提升产品的质量和附加值，向高端化发展。

另外，随着我国环保政策的推进，对环境友好的无毒、无害的氧化锌产品市场需求也将逐渐增加。

综合来看，氧化锌行业发展前景广阔，但同时也需要面对市场竞争的压力，不断提升企业的竞争力。

综上所述，氧化锌行业市场需求量大，产能充足，但市场竞争激烈。

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。

第 4 期第 54-60 页材料工程Vol.52Apr. 2024Journal of Materials EngineeringNo.4pp.54-60第 52 卷2024 年 4 月Cr 2O 3对ZnO -Bi 2O 3基高压压敏陶瓷性能的影响Effect of Cr 2O 3 on properties of ZnO -Bi 2O 3 based high -voltage varistor ceramics桂阳海1*，涂远生1，2，田宽1，郭会师1，黄海2，张心华3（1 郑州轻工业大学 材料与化学工程学院，郑州450000；2 南阳金牛电气有限公司，河南 南阳473000；3 河南恒安电力股份有限公司，郑州 450001）GUI Yanghai 1*，TU Yuansheng 1，2，TIAN Kuan 1，GUO Huishi 1，HUANG Hai 2，ZHANG Xinhua 3（1 College of Materials and Chemical Engineering ，Zhengzhou Universityof Light Industry ，Zhengzhou 450000，China ；2 Nanyang Jinniu Electric Co.，Ltd.，Nanyang 473000，Henan ，China ；3 HenanHeng ’an Power Co.，Ltd.，Zhengzhou 450001，China ）摘要：采用固相烧结法制备ZnO -Bi 2O 3-Co 2O 3-NiO -Mn 3O 4-SiO 2-Cr 2O 3压敏陶瓷，研究不同掺杂量的Cr 2O 3对ZnO 压敏陶瓷的微观结构和电气性能的影响。

通过X 射线衍射仪（XRD ）、场发射扫描电子显微镜（FESEM ）及电化学工作站分别对样品的物相、微观形貌及电性能进行表征。

结果表明：Cr 2O 3的加入不仅具有抑制ZnO 晶粒异常生长和提升晶粒均匀分布的作用，而且能显著降低ZnO 晶粒电阻，增加晶界电阻。

Zn O 压敏材料研究进展孟凡明,孙兆奇(安徽大学物理与材料科学学院,信息材料与器件重点实验室,安徽合肥　230039)摘　要:氧化锌压敏电阻器具有优良的非线性伏安特性,在稳态工作电压下漏电流很小(能耗低).利用这些特性可制造各种电子器件的过电压保护、电子设备的雷击浪涌保护、负载开关的浪涌吸收等电子保护装置.综述了Zn O 压敏材料的导电机理、老化、非线性功能添加剂以及制备工艺等方面的研究进展,指出Zn O 压敏电阻器的发展方向为片式叠层化、低压化以及对导电机理的深入研究.关键词:Zn O 压敏材料;导电机理;老化;进展中图分类号:T Q174.758 文献标识码:A 文章编号:1000-2162(2006)04-0061-04ZnO 压敏材料是一种多功能新型陶瓷材料,它是以Zn O 为主体,添加若干其他氧化物改性的烧结体材料.其非线性(即非欧姆特性)优良、响应时间快、通流容量大、漏电流小、造价低廉,广泛应用于抑制电力系统雷电过电压和操作过电压、防止静电放电、抑制电磁脉冲、抑制噪声等领域.近年来,人们对Zn O 压敏材料的非线性功能添加剂和制备工艺进行了一系列的研究工作[1～9],以探讨添加剂和制备工艺对Zn O 压敏材料的结构和电性能的影响.随着基础研究的不断深入和制备工艺的不断改进,ZnO 压敏材料的电性能有可能得到进一步改善,应用领域会不断扩大.本文概述了Zn O 压敏材料的特性以及Zn O 压敏材料的研究进展,总结了ZnO 压敏材料的应用及其展望.图1　压敏电阻的伏安特性曲线1:齐纳二极管;2:Si C 压敏电阻;3:ZnO 压敏电阻;4:线性电阻;5:ZnO 压敏电阻1　ZnO 压敏材料的基本特性ZnO 压敏材料具有优良的非线性、大的通流能力和快的响应时间(ns 级).ZnO 压敏材料的非线性类似于齐纳二极管,参见图1所示.与齐纳二极管不同的是它能对两个方向的过电压等同地抑制,相当于两只背靠背的齐纳二极管.在电压达到击穿电压以前,Zn O 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,对稳压元件来说则是电压稳定度越高.当Zn O 压敏电阻作为过电压保护元件使用时,在电压超过击穿电压后流过的浪涌电流通常很大,以致即使是主要由晶粒阻抗确定的电阻值极低,其残余电压仍可能达到相当高的数值,表现为伏安特性曲线出现一电压回升区,显然,作为过电压保护元件使用时,希望其非线性好.收稿日期:2005-09-08基金项目:安徽省教育厅科研基金资助项目(2005KJ224);安徽省高等学校教学研究基金资助项目(X200521);安徽省信息材料与器件重点实验室课题基金资助项目作者简介:孟凡明(19662),男,安徽合肥人,安徽大学讲师,硕士.2006年7月第30卷第4期安徽大学学报(自然科学版)Journal of Anhui University Natural Science Editi on July 2006Vol .30No .42　ZnO压敏材料理论与实验研究进展2.1　导电机理的研究ZnO压敏材料的导电机理一直是众多学者研究的焦点,虽然已经提出了很多种模型来试图解释Zn O压敏材料的导电机理,但尚无一个比较完整的模型.这一方面是由于Zn O晶粒间的显微结构不易准确检测;另一方面其导电过程不易精确模拟.1971年M Matsuoka首先提出空间电荷限制电流模型[10],该理论可用来解释添加物对非线性的影响,但它不能充分解释高的非线性区域内伏安特性曲线小的温度依赖性.1975年Levins on等报道了在击穿电压以上的区域观察到高度的非线性,而这种特性对应于晶界层中的一个隧穿过程,从而由伏安特性曲线和它的温度依赖性的实验结果导出了晶粒界面层隧穿过程模型,但此模型尚无法解释添加物的效应及伏安特性曲线的不对称老化现象.1977年,P R Em tage等提出有异质结的肖特基势垒隧穿模型.该模型适用于解释伏安特性曲线、它的温度依赖性以及添加物的效应.1979年,G D Mahan提出了双肖特基势垒模型.其后K Eda提出更完善的双肖特基势垒模型,这是目前用得最多且被广泛接受的模型.该模型根据隧穿机制可充分解释伏安特性曲线的温度特性、添加物的效应、介电性能、瞬态导电现象、电容的偏压特性以及伏安曲线的老化.其局限性在于不能解释晶界层的作用以及为何B i2O3晶相强烈影响直流负荷下的老化等问题.2.2　老化的研究老化是Zn O压敏材料在承受过电压作用后或在连续交流或直流电压作用下其电气特性发生劣化的现象.老化主要与预击穿区电导有关,而预击穿区电流主要由反偏势垒控制.对老化现象的研究,已经发表了许多论文,但并无一个完善统一的理论.K Eda对预击穿区和击穿区分别考虑,将预击穿区导电规范为某一区域,该区域存在着随着老化而厚度发生改变的晶界层. K Eda提出的离子迁移模型[11]可以解释电场作用下的一些老化现象.Chiang Levins on借助STE M观察到在电场作用下原子(或离子)会发生运动,老化后的Zn O压敏材料晶界附近累积有B i和Co等非Zn 填隙离子.L J Bowen等认为,发生老化是由于弱的耗尽层的预先失效和显微结构弱点处过大的电流集中,因此需寻找最佳工艺和配方,使晶粒长大,以提高脉冲稳定性,同时避免显微结构波动对压敏材料寿命的影响.陈志雄等[12]研究发现,过高的热处理温度,其稳定性反而变差,而漏电流和非线性重新被改善.陈志雄等根据热处理时晶界层中的B i2O3相变的研究,认为稳定性的改善与β-B i2O3相转化为γ-B i2O3相有关,稳定性随γ-B i2O3相增多而提高.章天金等[5]的研究表明,低压ZnO压敏材料在大电流冲击作用下,伏安特性的蜕变具有极性效应.并发现添加剂预烧及适量Si、B氧化物掺杂可以较好地改善样品的抗老化性能.T K Gup ta等对老化的研究提出了晶粒边界缺陷模型[13],认为迁移离子是Zn填隙离子Zn·i 和Zn··i.这一模型被深能级瞬态谱DLTS测试结果和正电子湮灭谱P AS测试结果证实.2.3　非线性功能添加剂的研究掺杂可以提高ZnO压敏材料的非线性伏安特性,促进或抑制晶粒生长.许多学者研究了掺杂对Zn O压敏材料伏安特性非线性的影响.张丛春等[3～4]研究发现以Co(NO3)2、Mn(NO3)2溶液代替Co O、Mn O2掺杂,可以降低压敏电压,增大非线性系数.此外,在ZnO压敏材料中掺杂适量的Sb2O3可提高ZnO 压敏材料的非线性,但当Sb2O3的摩尔分数超过0.088%时,电性能反而劣化,因此Sb2O3掺杂量应控制在适当的范围内.范坤泰等[14]研究发现在掺入Ti O2使压敏电压下降的同时,适量掺入B并在850℃下热处理,可改善非线性.李盛涛等[15]采用单元掺杂与多元掺杂的方法,系统研究了几种过渡金属氧化物添加剂在控制ZnO压敏材料非线性方面的作用,认为阳离子具有不饱和外层电子结构且半径与Zn2+离子相近的过渡金属氧化物能改善Zn O压敏材料非线性.M Tanahashi等研究了Sb2O3掺杂对Zn O压敏材料非线性的影响.发现由于Sb2O3挥发,在ZnO表面形成了一薄层Sb的化合物,阻碍烧结,若B i2O3(0.5mol%)+Sb2O3未经过预先热处理,则Sb2O3大部分偏析于晶界,形成焦绿石或尖晶石,阻碍晶粒生长.在550℃热处理5h后,Sb均匀地分布于晶界液相中,对晶粒生长的阻碍效应大减.尽管对非线性添加剂的研究已经得出了一些基本的实验规律,虽然提出了晶界深陷阱、非饱和过渡金属氧化物在晶界偏26安徽大学学报(自然科学版)第30卷聚形成深能级、氧在晶界处的吸附等假设.但是,对高非线性晶界势垒的形成原因尚缺乏统一认识.2.4　制备工艺的研究改变工艺条件可以改善和提高Zn O 压敏材料的性能,达到获得优质材料的目的.任省平等[7]对生产工艺中影响ZnO 压敏电阻器直流老化性能的因素进行了研究,喷雾造粒是保证材料均匀性、性能一致性和工艺重复性的重要手段之一;封闭式烧结有利于提高产品的性能;增加成型压力,可以增强烧结体的抗直流老化负荷能力,提高抗潮湿性,减小漏电流,但压力超过一定极限时,反而使性能变差.卢振亚[16]研究发现炉温不均匀或温度梯度太大、800～600℃段降温时间太长、炉道通风流量过大且匣钵有开口造成的易熔物质挥发过度、热处理温度过高、热处理炉温分布不合理、烧银温度过高或烧银温度曲线高温段过长等因素会导致Zn O 压敏元件非线性特性的劣化,在900～1050℃下处理后,可以恢复.霍建华[17]研究发现,改变烧结气氛可以显著改善烧成产品的整体水平及一致性,通过适量增加匣钵垫料中的低熔点物含量及在匣钵内壁涂敷易挥发添加剂,可以降低产品电性能的分散性.章天金等[18]研究发现掺入适量粒度合适的ZnO 籽晶,勿需在高温下长时间烧结,也可制成压敏电压较低、漏电流较小的Zn O 压敏电阻器.禹争光等[6]研究发现添加纳米B i 2O 3粉末,通过传统制备工艺制备的Zn O 陶瓷,与微米级粉体相比,B i 2O 3更易在Zn O 压敏材料中均匀分布,提高Zn O 压敏器件的均匀性.康雪雅等[19]研究发现,在1150～1200℃范围内,可通过改变烧结温度调整材料的压敏电压,而材料的非线性系数变化不大.3　应用与展望3.1　应　用ZnO 压敏材料广泛应用于工业、铁路、通信、电力及家电等方面,尤其在过电压保护方面.用ZnO 压敏材料制成的ZnO 避雷器,可以用于雷电引起的过电压和电路工作状态突变造成电压过高.过电压保护主要用于大型电源设备、大型电机、大电磁铁等强电应用中,也可用于一般电器设备的过电压保护.Zn O 压敏电阻在强电应用中的实例是用在电力输配系统.在这类强电应用中,需要大的电涌抑制器维持上兆伏的电力系统的正常工作,并能吸收上兆焦耳的瞬时能量,这需要大体积的电阻器才能满足这种要求.一个大电站的避雷器含有几百个体积大于100c m 3的Zn O 电阻器圆片.ZnO 压敏电阻器在弱电领域的应用也十分广泛.例如,防止录音机、录像机的微电机的电噪声,彩色电视机的显象管电路放电的吸收,防护半导体元件的静电,小型继电器接点的保护,汽车用发电机异常输出功率电压的吸收,电子线路上抑制尖峰电压和电火花,在开关浪涌保护、可控硅整流器保护等特殊电路中用作稳压元件等.3.2　展　望(1)片式叠层化.近年来,随着电子产品的小型化、多功能化和表面帖装技术(S MT )的应用,I C 、LSI 、VLSI 的集成密度和速度大幅度提高,通过传导和感应进入电子线路的电磁噪声、浪涌电流以及人体静电均有可能使整机产生误动作甚至破坏半导体器件.在此方面,片式叠层ZnO 压敏电阻器因具有响应速度快、电压限制特性好、受温度影响小、通流能力大、电容量大等特点,被广泛应用,以改善数字化电路的抗干扰能力.根据报道,美国片式叠层压敏电阻应用领域包括:电子消费业占2.5%,计算机占25%,军事占22%.在我国片式叠层ZnO 压敏电阻器的开发与应用业已引起科技人员的重视.(2)低压化.由于电子仪器的集成化,电路的电压也随之低电压化.因此,Zn O 压敏电阻器也需要以5～48V 为对象,即需制备低电压电阻器.为适应各种用途对电阻器的小型化和形状复杂化的要求,发展了厚膜Zn O 压敏电阻器.厚膜压敏电阻器的结构可分为平面型和夹层型两种.其中,夹层型电阻器电压为5～100V ,非线性系数3～20,适用于低压领域.(3)基础理论的研究有待深入,尤其是加强晶界现象、导电机理、缺陷理论等方面的研究.将计算机技术与材料研究相结合,以探讨ZnO 压敏材料的显微结构与导电机理等将可能受到人们关注.4　结　语ZnO 压敏材料的理论与实验研究取得了丰硕的成果,Zn O 压敏电阻器已经得到了广泛应用.但是尚缺乏一个比较成熟的理论模型以解释其导电机理和老化机理.ZnO 压敏电阻器的发展方向是片式叠层36第4期孟凡明,等:Zn O 压敏材料研究进展46安徽大学学报(自然科学版)第30卷化、低压化和对其基础理论的深入研究.参考文献:[1]　R M etz,H Delalu,J R V ignal ou,et al.Electrical p r operties of varist or in relati on t o their true bis muth compositi on af2ter sintering[J].M ater Che m Phys,2000,63:157-162.[2]　K A lAbdullah,A Bui and A Loubiere.Low frequency and l ow te mperature behavi or of Zn O-based varist or by ac i m2pedance measure ments[J].J App l Phys,1991,69(7):4046-4052.[3]　张丛春,周东祥,龚树萍.Sb2O3掺杂对Zn O压敏陶瓷晶界特性和电性能的影响[J].硅酸盐学报,2001,29(6):602-605.[4]　张丛春,周东祥,龚树萍,等.Co、Mn的掺杂形式对低压氧化锌压敏陶瓷电性能的影响[J].电子元件与材料,2000,19(6):7-9.[5]　章天金,周东祥,龚树萍.低压Zn O压敏陶瓷冲击老化特性[J].电子元件与材料,1999,18(4):18-19.[6]　禹争光,杨邦朝,敬履伟.纳米氧化铋粉体的制备对Zn O压敏电阻器性能的影响[J].硅酸盐学报,2003,31(12):1184-1187.[7]　任省平,石永杰,石微静.Zn O压敏电阻器生产工艺的改进[J].电子元件与材料,1998,17(4):27-29.[8]　李盛涛,刘辅宜.改善Zn O压敏元件温度特性的研究[J].压电与声光,1997,19(4):231-234.[9]　李慧峰,许毓春,王礼琼,等.Nb2O5掺杂对Zn O压敏电阻器性能的影响[J].压电与声光,1994,16(6):27-30.[10]　M Matsuoka.Nonoh m ic p r operties of Zinc Oxide Cera m ics[J].J App l 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volt-a mppere characteristic and very l o w leakage current under steady-state voltage(l ow energy consu mp ti on).W ith these features,it can be used in over voltage p r otecti on,lightning arresting,surge abs or p ti on,etc.The recent devel opments on the re2 search f or the Zn O varist or were revie wed in this paper,which contain the theory of conducti on,aging,nonlin2 ear additive and manufacturing technique.It is suggested that the research for ZnO varist ors should f ocus on chi p varist ors,l ow voltage varist ors and theory of conducti on.Key words:Zn O varist ors;theory of conducti on;aging;evoluti on责任编校:李镜平。

氧化锌行业发展状况与前景分析我国氧化锌行业现状氧化锌是无机化工锌盐系列中的一个重要分支。

氧化锌作为基础化工原料又有着广泛的应用领域。

随着科学技术的发展,使氧化锌的许多特性被人们重新认识。

氧化锌所具有的特性功能被开发运用于新的科学领域和新的行业,成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。

如纳米氧化锌就被誉为二十一世纪的新材料。

氧化锌主要分为间接法氧化锌、直接法氧化锌和湿法氧化锌。

主要用于橡胶电子、医药涂料等行业,尤其橡胶电子等行业高档制品多数使用纯度高达99.7%的间接法氧化锌;中档制品使用纯度为95%以上的直接法氧化锌;油性涂料多数使用直接法含铅氧化锌。

氧化锌行业是近10年来发展较快的行业。

10年前,生产氧化锌的企业在全国不多,年产3000t的企业不超过20家。

随着国民经济的高速发展,氧化锌在国内需求不断增大,推动了氧化锌生产企业的发展,产能不断扩大。

从最近5年的不完全数据统计看,间接法氧化锌的产能从10多万t,已经上升到30多万t;湿法活性氧化锌不足3000t,已经上升到了3万t;全国规模性的氧化锌即直接法氧化锌,间接法氧化锌和湿法氧化锌总产能已达100万t/a以上(那些生产低品位的氧化锌均未统计在内)。

同时,这也是一个分布较广,数量较多,原料较杂,管理技术粗放的行业。

但在锌资源的回收利用方面,有着较大的空间。

近5年氧化锌的产能之所以增长较快,尤其是间接法氧化锌发展较快,主要是受益于我国汽车工业和高速公路、电力电网以及家电、数字通信等行业的高速发展。

如子午线轮胎要用到间接法氧化锌,近3年子午线轮胎每年以25%~30%的速度发展,2005年已超过轮胎总量的50%,使得间接法氧化锌同步快速发展。

同时,国际国内磁性材料也快速发展,特别是软磁材料的生产已是世界产能第一,中国已成为磁材铁氧体的世界制造中心。

在锌锰铁氧体中,氧化锌是主配原料。

在中高档的软磁材料制造上,须用间接法生产的压敏电阻级的高档氧化锌。