压敏陶瓷简介ppt课件

5、光敏陶瓷
光敏陶瓷也称光敏电阻瓷，属半导体陶瓷。 由于材料的电特性不同以及光子能量的差 异，它在光的照射下吸收光能，产生不同的光 电效应：光电导效应和光生伏特效应。
四、超导陶瓷
四、超导陶瓷
具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在 一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象。 超导体的分类，从材料来分，可分为三大 类，即元素超导体、合金或化合物超导体、氧 化物超导体（即陶瓷超导体）。
三、敏感陶瓷
定义：当作用于材料元件上的某一外界条件如温度、 压力、湿度、气氛、电场、磁场、光及射线等改变 时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从 这些元件上准确迅速地获得某种有用的信号。
分类：热敏、压敏、湿敏、气敏、声波敏感陶瓷、 磁敏和多敏性陶瓷
三、敏感陶瓷—热敏陶瓷
1、热敏陶瓷
热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变 化的材料，用于制作温度传感器、线路温度补 偿及稳频的元件-------热敏电阻。 其优点是品种繁多，可以满足不同用途的 需要；灵敏度高、稳定性好、容易制造、价格 便宜。 按照热敏陶瓷的阻温特性，可把热敏陶瓷分为 负温度系数NTC热敏陶瓷：正温度系数PTC 热敏陶瓷；临界温度热敏电阻CTR及线性阻 温特性热敏陶瓷四大类。
一、电子陶瓷—电介质陶瓷
一、电子陶瓷—电介质陶瓷
（3）. 压电陶瓷
电介质陶瓷中的第三大类即为压电陶瓷，它
包括压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷三种。
陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应， 称为压电陶瓷。
压电陶瓷的优点是价格便宜，可以批量生产，
能控制极化方向，添加不同成分，可改变压电特 性。
一、电子陶瓷—导电陶瓷
2、导电陶瓷
众所周知，通常陶瓷不导电，是良好的绝缘 体。例如在氧化物陶瓷中，原子的外层电子受原 子核吸引，束缚在原子周围，不能自由运动。使 氧化物陶瓷不能导电。然而，某些氧化物陶瓷加 热时，处于原子外层的电子可以获得足够的能量， 以便克服原子核对它的吸引力，而成为可以自由 运动的自由电子，这种陶瓷就变成导电陶瓷。

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 11.1 压敏陶瓷材料介绍 11.1.1 压敏陶瓷发展及前景 11.1.2 压敏电阻的应用 21.1.3 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 52.2 非线性系数α 52.3 材料常数C 62.4 漏电流 72.5 电压温度系数 72.6 残压比 82.7 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 93.2 降低压敏电压的改性 103.2.1 提高烧结致密度 103.2.2 掺杂施主杂质Nb2O5 113.3 增大压敏电压的改性 113.3.1 改变组分 113.3.2 掺杂受主杂质Na2CO3 12总结 13参考文献 14千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。

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打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第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]。

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： ）。

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。

磁敏陶瓷及具有多种敏感特性的多功能敏感
陶瓷等。
这些敏感陶瓷已广泛应用于工业检测、
控制仪器、交通运输系统、汽车、机器人、
防止公害、防灾、公安及家用电器等领域。
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1、敏感陶瓷分类
①物理敏感陶瓷：
光敏陶瓷，如CdS、CdSe等；
热敏陶瓷，如PTC陶瓷、NTC和CTR 热敏陶瓷等；
磁敏陶瓷，如InSb、InAs、GaAs等；
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②电阻随温度的升高而减小的热敏电阻 称为负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电 阻( negative temperature coefficient )；
③电阻在某特定温度范围内急剧变化的
热敏电阻，简称为CTR临界温度热敏电阻(
critical temperature resistor )。
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BaTiO3的化学计量比偏离半导化采用 在真空、惰性气体或还原性气体中加热
BaTiO3。 由于失氧，BaTiO3内产生氧缺位，为
了 保 持 电 中 性 ， 部 分 Ti4+ 将 俘 获 电 子 成 为
Ti3+。在强制还原以后，需要在氧化气氛下
重新热处理，才能得到较好的PTC特性，电
阻率为1--103cm。精选ppt
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2. 敏感陶瓷的结构与性能
陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相 系统，通过人为的掺杂，可以造成晶粒表 面的组分偏离，在晶粒表层产生固溶、偏 析及晶格缺陷等。
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另外，在晶界 处也会产生异质相的析 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 陶瓷电学性能的显著变化。

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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。
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五.压敏电阻的生产
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5，其他压敏陶瓷简介
5.1 SrTiO 系和TiO 系压敏电阻 5.2 多层结构压敏电阻器（MLV） 5.3 ZnO基低压压敏陶瓷
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6，压敏陶瓷的发展方向
ZnO压敏陶瓷材料问 世5 0年 来随着科学技术的飞速发 展，无论 是SrTiO 系压敏陶 瓷、TiO 系压敏陶瓷、低 压 ZnO压敏电阻和高压ZnO阀 片还是多层片式Zn O压敏电 阻器，各种新型压敏陶瓷 材料和压敏元件的研发都 取得了很大进展。然而， 近年来国外在高性能、 高 梯度ZnO阀片和新型SnO 压 敏材料的醒目进展需要引 起国内业界的极大关注。
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1，压敏陶瓷材料代表： SiC、ZnO（佼佼者）、BaTiO3、 Fe2O3、SnO2、SrTiO3
2，压敏陶瓷历史：20世纪30年代由贝尔实验室制成 SiC陶瓷，1968年日本松下公司的首先Matsuoka发现了一
种新型陶瓷材料——ZnO。
依据特性： BaTiO3、Fe2O3利用的是电极与烧结体界面的非 欧姆特性 SiC、ZnO、SrTiO3利用的是晶界非欧姆特性。 目前，应用最广、性能最好的是氧化锌压敏半 导体陶瓷。
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。

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

• 压敏电阻器的工作特性曲线如左图 所示，通过它可以更明确看出压敏 电阻器对过电压的保护作用。直线 段为电路总阻抗Zs 所确定的负载线 ，曲线是压敏电阻器伏安特性曲线 ，两者的交点Q 即为保护工作点， 是它对应的限制电压为Vc，它使用 了压敏电阻器后加在用电器具上的 工作电压。Vs 为浪涌电压，它已超 过了用电器具的耐压值Vl。加入压 敏电阻器后，工作电压V小于Vl， 有效地保护了用电器具。
1.齐钠二极管； 2.SiC压敏电阻； 3.ZnO压敏电阻； 4.线性电阻； 5.ZnO压敏电阻。
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
压敏陶瓷：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。
真棒！下一个问题：压敏陶瓷有什么功能？
根据这种非线性V-I特性，可以用这种半导体陶瓷 材料制成非线性电阻元件，即压敏电阻器。（这 是发挥功能的东西，预知为何，详见下张）
压敏电阻器应用在哪些地方呢？ 压敏电阻器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、保障电子仪器正 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
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。

我国压敏电阻器
• 我国压敏电阻器始于1976 年，其规模性生产是近几年 才有所发展的，产品的性能和产量已基本能满足国内 自身的需要，但与国际同行业相比仍存在一定的差距， 如日本松下、德国西门子、美国Harris、日本北陆等 公司的年产量都超过亿只，市场上的后起之秀是中国 的台湾，总产量达100M/ 月，而国内产量上亿只的生 产厂家很少，只有一两家。
Bi2O3的作用
• Bi2O3 是ZnO 压敏陶瓷中不可缺少的添加剂； • 因为Bi2O3 的熔点比ZnO 和其它添加剂的熔点低得多， 在温度较低时就可熔化为液相，此液相推动其它氧化物 均匀地分布在ZnO 晶粒和晶界中； • 冷却时由于Bi3 + 离子半径(0. 110nm) 远比Zn2 +(0. 074nm) 大，不能进入ZnO 晶粒而偏析在晶界，导致各种添加剂 都向晶界偏聚，形成一个很薄的界面，使晶界势垒很高， 从而提高了ZnO 压敏电阻器的非线性系数，使电流通流 能力提高。 • 但若添加量过大，使非线性系数和耐电流通流能力降低。
我国压敏电阻器
• 目前，日本、美国在制造低压压敏电阻方面处于领先 地位，如性可达到30，通流容量也 较大。 • 我国这种产品的研制与生产还比较落后，标称电压低 于20V 的产品只有个别厂家可以生产，且性能不够稳 定，还不能大批量生产，而国内对这种产品的需求量 与日俱增。
热解法
• E. I. Tiffee采用了喷雾热解法制粉。将醋酸锌、醋酸钴、 醋酸锰等配成溶液， 用热醋酸溶解 Sb(C2H3O2)3 ，用 稀硝酸溶解 BiONO3· H2O ，把这三种溶液混合稀释成 0.1~0.5 mol/L 。用超声雾化器将稀释溶液喷入炉内蒸 发分解，使雾化的液滴蒸发、分解、结晶很快完成， 得到粉体。

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。

从1931年日本将SiC用来吸收雷击突波以来，已经出现了多种压敏陶瓷电阻器的应用，如有线电话交换机用它消除电火花、硅整流器、彩色电视机用它吸收异常电压、微型电动机用它来吸收噪声及对电机进行过压保护和继电保护等制造压敏半导体陶瓷材料有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。

其中BaTiO3、Fe2O3利用的是电极与烧结体界面的非欧姆型，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是晶界非欧姆特性。

目前应用最广、性能最好的是ZnO压敏半导体陶瓷。

可见ZnO远优于其他材料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ZnO的能带由O2-满的2p能级和Zn2+空的4s能级所组成的。

当离子相互靠近而形成晶体时，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。

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。

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.

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主要用途：温度控制与测量、等温发热体、过热保护等。 此外， 还可用于彩电消磁器、节能用电子整流器、程控电话保安器及冰 箱电机的启动器等。
NTC热敏电阻陶瓷
NTC热敏陶瓷的电阻率随温度的升高而降低，是具有负温度-电 阻系数的电阻陶瓷材料。
NTC热敏陶瓷大多数是尖晶石结构或其它结构的氧化物陶瓷， 多数含有一种或多种过渡金属氧化物，主要成分是CoO，NiO， MnO，CuO，ZnO，MgO，ZrO2等。
其优点有限制电压低；响应速度快；对称的伏安特性（即产品无极 性）；电压温度系数低
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4.2.3 气敏陶瓷
1962年田口尚义发现用SnO3烧结体制备元件的 电阻率对各种可燃性气体非常敏感，它在不同气体 中的电阻率不同、在浓度不同的同一种气体中的电 阻率也不相同，具有这种特性的陶瓷称为气敏陶瓷 (gas sensor)。气敏陶瓷对某种气体有敏感性，对其他 气体可能有或没有敏感性。事实上，有应用价值的气 敏陶瓷往往利用材料对某种气体的单一敏感性，用作 检测和分析气体的种类和浓度，特别用于易燃、易爆 和有毒气体的检测。
PTC陶瓷的电阻率与温度的关系
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BaTiO3陶瓷是否具有PTC效应，完全由其晶粒和晶界的电性能 决定。只有晶粒充分半导体化，晶界具有适当绝缘性的BaTiO3陶 瓷才有显著的PTC效应。
BaTiO3的半导体化可有二种途径：强制还原法和施主掺杂法。
强制还原法-----是在真空、惰性气体或还原气体中加热，使 BaTiO3失氧，其内部产生氧缺位。这种方法不仅使晶粒半 导体化而且晶界也被半导体化，因此不适用于制造PTC陶瓷。
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根据元件的功函数与被吸附气体功函数的大小，可将吸附 气体分为两类：
如果被吸附气体的电子亲合力大于气敏元件表面的功函数， 被吸附气体的分子会从元件表面夺取电子而以负离子的形式吸附。 具有负离子吸附的气体称为氧化性（或电子受容性）气体，如 O2、NO2等；

• 压敏电阻器10倍以上的电容量，故可作为 电容器工作。但在外加高电压使用状态下， 由于电-电流特性的关系，其阻抗急剧下降， 而可用作浪涌吸收功能的压敏电阻器工作。 因此，可以认为SrTi03系陶瓷压敏电阻器的 电路功能相当于一只大电容器的电容器与 一只大电压-电流非线性系数的压敏电阻器 的并联组合。概括起来，这种SrTi03系陶瓷 压敏电阻器具有如下四种功能：
• 图5 (a)表示温度-湿度传感器的温度特性， 在-40 至+150 ℃宽广温度范围内具有较高 的灵敏度，特别是在-20 ℃—+20 ℃范围内， 电容量几乎呈线性变化而无滞后现象。在 高湿度区(90%RH以上)，因湿度关系对灵 敏度有一 定影响， 但仍不影响它的实际应 用。器件在150 ℃以上显示图5 (b)所示的 通用电导式热敏电阻特性。
值分别为20、15.5、13.5和12；而V 1mA则分别为390、200、 60和25V。
α值分别为20、15.5、13.5和12；而V 1mA则分别为390、200、60和 25V。
• 图8和图9分别表示出(Sr·C a)TiO3陶瓷压敏电阻器的εSAPP、介质损耗 角（tanδ ) 和电流及直流偏置电场的关系曲线。由图可见， 当流过
• 这种多功能敏感陶瓷元件的制备是：原材料采用高纯度的 MgO、Cr2O3和Ti02。根据MgCr204-Ti02系化学式配料， 把粉料同玛瑙球和纯水放入有橡皮衬垫的球磨机肉湿磨24 小时 烘干，添加胶合剂并压成40×36×8 mm的长条，在 1300 ℃的空气中烧结2小时，把烧结体切成4X5×0． 25mm的试片。在试片的两个主表面上用丝网印刷法涂复 RuO2浆料，并在800℃烧结 加成电极，其中电极的一个 面兼作加热器使用。Pt—Ir引线用烧结的RuO2焊料焊接制 成 引出端。图1表示用MgCr204-Ti02系陶瓷制作的湿度一 气体双重功能传感器的结构。

瓷体内扩散，吸附在晶界或材料表面，使陶 瓷的电导率发生变化。
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14.3 敏感(mǐngǎn)陶瓷的半导化过程A
敏感陶瓷绝大部分是由各种氧பைடு நூலகம்物组成的， 这些氧化物多数具有比较宽的禁带(通常 Eg≥3 eV)，常温下都是绝缘体，要使它们变 为半导体，需要一个半导化的过程。
定义：所谓半导化，是指在禁带中形成附加 (fùjiā)能级：施主能级或受主能级。
按特性可分为：热敏、压敏、湿敏、光敏、气 敏及离子敏感陶瓷。这类材料大多是半导体陶 瓷，如ZnO、SiC、SnO2、TiO2、Fe2O3、 BaTiO3和SrTiO3等。
此外，还有具有压电效应的压力、位置、速度、 声波(shēnɡ bō)敏感陶瓷，具有铁氧体性质的 磁敏陶瓷及具有多种敏感特性的多功能敏感陶 瓷等。
敏感陶瓷多属半导体陶瓷( semiconductive ceramics)， 是继单晶半导体材料之后，又一类新型多晶半导体电 子陶瓷,是某些传感器中的关键材料之一 。
这些敏感陶瓷已广泛应用于工业检测、控制仪器、交 通运输系统、汽车、机器人、防止公害、防灾、公安 及家用电器等领域。
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14.1 敏感陶瓷的分类(fēn lèi)及应用
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B、晶粒、晶界及陶瓷表面(biǎomiàn)功能
陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相系统，通过 (tōngguò)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(包括同质 粒界、异质粒界及粒间相)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、而含杂质的氧化物附加能级的形成还与 杂质缺陷有关----掺杂。