什么是压敏电阻.doc

1、什么是压敏电阻悬赏分：0 - 解决时间：2006-3-29 16:37 问题补充：关于压敏电阻的图片提问者： 安然 791128 - 一 级最佳答案1、什么是“压敏电阻 ”“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是“在一定电流电压范围内电阻值随电压而变“，或者是说“电阻值对电压敏感“ 的阻器。相应的英文名称叫 “Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的“氧化锌“ （ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O ）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“- 族

2、氧化物半导体”。 在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为“突波吸收器“ 。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器） ”。 2、压敏电阻电路的“安全阀”作用压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值“UN“时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过 UN 时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。 3、应用类型不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同，因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。

3、根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：保护用压敏电阻，电路功能用压敏电阻。3.1 保护用压敏电阻（1） 区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。（2） 根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器可区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。 （3） 根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型和高能型这三种类型。浪涌抑制型：是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的，非周期的，电流电压的峰值可能很大。绝大多数

4、压敏电阻器都属于这一类。高功率型：是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器，例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻，这里冲击电压周期出现，且周期可知，能量值一般可以计算出来，电压的峰值并不大，但因出现频率高，其平均功率相当大。高能型：指用于吸收发电机励磁线圈，起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器，对这类应用，主要技术指标是能量吸收能力。 压敏电阻器的保护功能，绝大多数应用场合下，是可以多次反复作用的，但有时也将它做成电流保险丝那样的“一次性 “保护器件。例如并接在某些电流互感器负载上的带短路接点压敏电阻。3.2 电路功能用压敏电阻压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护，但是它的类似于半

5、导体稳压管的伏安特性，还使它具有多种电路元件功能，例如可用作：（1）直流高压小电流稳压元件，其稳定电压可高达数千伏以上，这是硅稳压管无法达到的。（2）电压波动检测元件。 （3）直流电瓶移位元件。（4）均压元件。（5）荧光启动元件4、保护用压敏电阻的基本性能（1）保护特性，当冲击源的冲击强（或冲击电流 Isp=Usp/Zs)不超过规定值时，压敏电阻的限制电压不允许超过被保护对象所能承受的冲击耐电压（Urp）。（2）耐冲击特性，即压敏电阻本身应能承受规定的冲击电流，冲击能量，以及多次冲击相继出现时的平均功率。（3）寿命特性有两项，一是连续工作电压寿命，即压敏电阻在规定环境温度和系统电压条件应能可靠

6、地工作规定的时间（小时数）。二是冲击寿命，即能可靠地承受规定的冲击的次数。（4）压敏电阻介入系统后，除了起到“安全阀“的保护作用外，还会带入一些附加影响，这就是所谓“二次效应 “，它不应降低系统的正常工作性能。这时要考虑的因素主要有三项，一是压敏电阻本身的电容量（几十到几万 PF），二是在系统电压下的漏电流，三是压敏电阻的非线性电流通过源阻抗的耦合对其他电路的影响。如果想看看压敏电阻的图片，可以在百度图片搜索里搜索一下，很多的 氧化锌压敏电阻的制造（一） 平 帅 - 第一部分 氧化锌压敏电阻的电性能参数1 氧化锌压敏电阻(Zinc Oxide Varistor,ZOV)的特点品质优良、价格低廉

7、的 ZOV，必须在以下 5 个方面无可挑剔： 使用环境；外形尺寸；电性能参数；可靠性；安全性。需从使用者的角度来分析：产品的使用温度；附近有没有热源；风力多大；空间灰尘的个数；有没有酸、碱、盐、油脂等污染，及污染的处理；电网波动情况；潮湿度；产品使用的气候区域；产品的体积；安装的结构，包括接线引出方式、引出端强度、可焊性等等。不由厂家向用户提供使用手册，最后还要考虑到使用寿命、热稳定性、热积累、阻燃性、防爆性等问题。所以，一个优秀的产品设计人员必须在产品制作之前，就对上述情况了解得很清楚，并且能通过对人、机、料、法、环的选择和控制，制定出合适的工艺路线，依据标准用试验来证明它的性能可靠性。最后

8、，还必须保证产品是廉价的。2 ZOV 的制作在讨论 ZOV 的制作之前，首先应该学习一下 ZOV 的导电机理，因为导电机理和微观形成机理是进行讨论和研究的基础。对此，作者推荐两篇论文，一篇是谭宜成博士的ZnO 压敏瓷主晶界高非线性形成机理(1987 年博士论文) 。该文详细叙述了 ZnO 压敏瓷的研制过程，用热离子发射、热助场发射、场发射理论，解释了正反偏肖特基势垒的电压-电流特性，用 FromRel-Poolt发射、遂道效应、热激发跃迁、空间电荷限制电流理论，解释了薄绝缘层中的电压-电流特性，提出了他的主晶界次晶模型。他对主晶界、次晶界的形成理论、形成过程及其对电性能的影响作了很详细的研究，

9、尤其是对致密化过程的研究很有实用价值。另一篇是Zine Oxide Varistor(IEEE.Electrieal Insulatcon Magazine D.C VOL1.91.P50)，该文叙述了从 1968 年 Matsouka 发明ZnO 压敏电阻以来至 1987 年 Suzuoki 提出空间电荷引起的电流理论，这 20 年间压敏陶瓷导电机理的发展。详细叙述了 8 个模型：在富铋晶界层内建立的“空间电荷限制电流“ 模型；莱文逊（Levinson）、菲利普（Philip）提出的“晶界面处通过薄层的遂道效应 “模型；Emtage 和Einzinger 提出的有 ZnO 相和富 Bi 晶间

10、相异质结的“ 界面态肖特基势垒遂道效应 “模型；Maham提出的“通过具有空穴形成的肖特基势垒遂道效应“ 模型，此模型提出了晶界处少数载流子（空穴）的重要性；Einzinger 提出的 “通过 ZnO 同质结构的遂道效应“模型，此模型指出了冷却时在晶界形成缺陷的热平衡的重要性；Pike 提出的“空穴引起的穿透“模型，此模型指出了“ 由于空穴积聚使晶界处势垒降低造成了压敏陶瓷的高非线性，空穴是由于耗尽区的加速电子产生的，势垒的大小取决于体陷井和界面态“莱文逊（Levinson ）、菲利普（Philip ）提出的“有异质结的旁路效应“模型，此模型阐明了富铋晶界层在小电流区的重要作用，并假设了通过异

11、质结和富铋晶界层的平行电流通路，此模型提出于 1986 年，至今仍在行业中沿用；Suzuoki 提出的由 ZnO 相和富 Bi2O3 薄膜组成的“异质结外引起的空间电荷电流“ 模型。详细阅读这两篇论文对制造 ZOV 和分析工艺中出现的问题很有帮助。按照作者对 ZnO 压敏瓷的认识，空穴引起的穿透模型可以用来解释压敏陶瓷的高非线性、高 值、界面态效应、体陷井效应、空穴的产生机制和动态特性。旁路模型可以用来解释压敏陶瓷在小电流区域的电气特性、晶界老化特性。不过从个人的观点来讲，我更赞成谭宜成、宋晓兰博士的主晶界次晶界理论，更赞成用 ZOV 压敏陶瓷的热特性来分析问题，这样更便于在处理问题时对问题直

12、观的理解。在讨论过 ZOV 压敏陶瓷的导电机理之后，应该谈谈 ZOV 的几个最为重要的电性能参数。对于每一个研究 ZOV 的技术人员来说，所有电性能参数的意义早已了如指掌，不必祥述。在这里仅仅是想总结一下评价一支 ZOV 品质好坏的标准和其中所依据的原理。(1)电压比（ 值） u=K i 本公式推导过程如下：静态电阻：R 静=u/imi动态电阻：R 动=du/di则：= R 动/R 静= = du/u= di/i积分得： = = 展开得：ln u = ln K i则：u=Ki从公式的推导过程可以看到，所谓非线性指数 值代表瞬间电阻偏离静态电阻直线的距离，它考核 ZOV 的响应特性，通常高压系产

13、品的 值在 6080 之间（1.0391.029），好一些的产品可做到（1.026）；中压系产品的 值在 3558 之间；低压系产品的 值能做到 45 就很不错了。对非线性指数 值不应该一味求高，应该更注重漏电流的稳定性。(2)漏电流（IL）通常需要同时测试 80%V1mA 和 75%V1mA 电压下的漏电流，要求这两个漏电流值的比 80IL：75IL2；最好是 80IL：75IL1.5。接着可以用 10mA 直流电流加电 60 秒的方法对漏电流的稳定性进行考核。我们知道，在直流偏压下反偏的一边不断积累电荷，一级电离填隙 Zni离子和二级电离 Zni离子浓度不断增加，当电阻片温度升高时，这些离

14、子因受热而释放出来，形成热刺激电流 TSC。在测量时 Vl0mA 电压会逐渐升高，如果它在 60 秒内变化了+10%，那么此产品的漏电流会变化十几倍并且不可恢复，则可认为它的热稳定性不好。另外，考核后的产品冷却后，可以反向测量其 80%V1mA 下的漏电流，这时通常 IL 值会上漂，如果它上漂+10%以上，也可认为它的热稳定性不好。热刺激电流 TSC 是用于研究连续电压下介质老化最常用的一种方法，为了保证产品能够满足使用要求，考核漏电流稳定性十分重要，它可以剔除经受不住连续加电的产品和那种类似吸潮现象的产品。(3)限制电压比（Vp/V1）这是一个重要的参数，一种产品工作区特性的好坏尽体现于此。

15、业内做得最好的产品可将这个比值做到 1.2，通常在大规模生产时将它控制在1.4 就很好了。当然，松下样本的水平是 1.6，行业也公认其为 1.6，但我作者认为这个要求给的太宽。一般情况下，除了要测量 8/20s 波形下的限压比外，还应该测量 2ms 方波电流下的限压比，这个值通常要比 Vp/V1 低一些。许多人认为这样做毫无意义，但是他们忘记了在电网波动中最常出现的不是 8/20s 或 10/40s 的雷电波，而是持续时间数分钟甚至数小时电压不高加载方波脉冲的工频电压波，这时产品的保护特性怎样？它会不会因这种持续的加载方波脉冲的工频电压波的冲击而导致高电压负荷下的温度老化，从而在经受工频电压波

16、后使残压不断上升？所以必须对此认真考核，可通过 2ms 方波冲击20 次或 50 次来观察。(4)通流容量1998 年作者曾经用松下样本考核过当时国内几乎所有 ZOV 生产厂家的产品，但是很可惜，当时国内没有一家的产品能够通过考核，试品使用国内企业自己的产品样本都不见得能全部达到要求。松下 98 样本的一次通流是国内平均水平的 1.8 倍，两通流是国内平均水平的 2 倍，时隔六年，目前国内产品的制造水平大为提高，早已超过当年 98 松下样本的要求。关于通流变化率，通常要求产品的 V1mA3；V/0.1mA4，作者很注重 V0.1mA 的变化率，因为如果产品在通流后电压比变得很大，漏电流很大，在

17、使用中是很危险的。作者不止一次见到 V0.1mA 不变化的情况，曾经有国内一些企业的 V0.1mA 变化率做到 0.5%（10K471 产品）。作者并不赞赏通流变化率为正值的做法，原因在于它的热特性通常都不好，这是一组矛盾(在后面的论述中将提到)。(5)能量耐量通常，国内产品经不住松下样本高出我们 1.21.6 倍的考核，并且我们是使用 2ms 方波进行考核，而别人使用 10/1000s 的尖波，我们的冲击电流仅是别人的 70%。对于能量耐量，或者应经受 2 次松下样本考核，或者就必须在不间断的 10 次国内样本冲击后 V0.1mA 的变化率5。这个要求并不严格，从使用者的角度讲，更希望它经受

18、 10/500s 电流波。国内产品很难做到 2ms 10 次 80A/cm2 的通流水平。主要原因是国内的被银焊接工艺太差了，使许多对配方的努力都因此付之东流。(6)解剖分析这是作者常使用的一种考核方法。第一组：用丙酮浸泡 24 小时的方法来考核绝缘性能和耐湿性能，要求浸泡后自然干燥，V1mA 压敏电压、80%V1mA 下的漏电流 IL 无变化；第二组：用 85OC5OC 热水浸 1 小时，考核耐湿和高温特性，要求漏电流无漂移现象，通常的产品都有测不稳压敏电压和漏电流变大并微漂的现象，这是我们不愿看到的，这也是使用者的要求；第三组：用 15%能流容易的 8/20s 波和 2ms 波能量耐量，分

19、别对产品进行 10 次小脉冲冲击，这种冲击是单向的，既要求它无变化还要求它无极性，通常会有一些变化，但只要在 1%以内都认为合格，这也是使用者的要求。(7)电容量电容量 C 的表达式为：C=d/H/LS=K S/V1mA ，实际上这仅仅是如何降低电容量 C 的一个公式。用电桥测量 C 值和 Q 值，品质因数 Q=1/（2fCR ）.tg=1/Q，通常会要求 20k 以下产品C 值为样本值的 60%，20k 以上产品为样本值的 70%，这是作者依据使用中介质损耗得出的经验。对于电性能参数，这一部分就叙述这些，至于相关的种种试验，包括寿命终点判断，可依据相关标准的条文。值得一提的是：工艺是研究为什

20、么要做、怎么做、做什么的科学。每一道工序在制品品质鉴定试验中都有体现，保证工艺就是保证某一批次的产品全部通过试验。本贴得筑龙币:11 等级得币:11 版主奖励:0 贴主答谢：0 献花赠币：0 得信誉分:0未评定 定制广告 下载论坛中文件解压说明(网友下载资料前请看) 编辑推荐内容 更多内容 留言 投稿 变频器常用的控制方式综述 基于三菱 PLC 控制回路的应用实例 10KV 及以下农网建设及改造工程安全措施 电气施工图审查常见问题 某水电安装工程分项质量验收记录表 变压器降耗节能增效的措施关键词搜索：压敏电阻 zmz88250 位置: 辽宁 信誉: 238专业: 岩土 发贴: 5183留言 电

21、邮 主页BLOG引用回复 搜索 献花 顶贴 第 2 楼 2005-12-15 0:37:00第二部分 氧化锌压敏电阻器材料特性与配方研究要确定一个配方，就必须了解每一种材料在体系中所起的作用，必须知道它的物相组成和相变过程，必须了解材料与材料之间的某些联系，就象黄与兰可以调出绿色，红与兰可以调出棕色，最后才是材料的用量。配方本身其实是不重要的，搞配方研究其实研究的是材料的添加域，不可以被呆板的程序化的东西束缚住自己的思维，不要因为一次试验就得出了 “经验”，以后日日受控。比如做实验，你必须重复的做试验，必须把几种相关材料的比例进行充分的调配才能得出正确的结论。配方本身是死的，制定配方也只不过是

22、调了几种比例域而矣，而研究材料的使用特性才是关键 1、ZnO 氧化锌 分子量：81.38ZnO 是 ZOV 的基础材料，白色粉未，间接法制成，晶体结构为六方晶系，铅锌矿形，晶格常数 a=3.24 。C=5.19 ，密度 5.61g/cm3，熔点 1975OC，常压下 17200C 易升华。具有热胀系数小，导热性高的特点，不溶于水，易溶于无机酸，在碱中可离解为两性氧化特，晶体结构具有各向异性，呈化学配比缺陷结构，按化学计量比，ZnO 晶格中有微量过剩的 Zn，电导性为 n 型半导体，溶液 PH 值 7.07.8，平均粒径 0.45m0.55mZnO 在烧结过程中会形成 ZnO 相，该相中固溶有

23、Co、Mn、Cr、AL 等元素，在 900OC1150OC 由于部分 ZnO 相转变为焦绿石相、尖晶石相、玻璃相而会使含量降低，当添加剂总含量30mol%时，ZnO 相会完全被焦绿石相（Zn2Bi3Sb3O14）取代，从而消失。在配方体系中为了降低造价，ZnO 的含量多在 90mol%以上，因此 ZnO 粉体材料的纯度、杂质种类、粒形和密度成了影响 ZOV 性能的一个重要因素。 ZnO 粉体的粒径会影响烧成过程中尖晶石相（Zn7Sb2O12）的含量的变化和 Co、Mn、Cr 等元素在晶粒、晶界的分布，从而影响到电性能。通常随着 ZnO 粒径的增大，ZnO 晶粒中 Co、Mn 的含量会增大，尖晶

24、石相的含量会降低，导致压敏电压降低，残压比变大，能量耐量减小；随着 ZnO 粉体平均粒径的减小，ZnO 压敏瓷的径向收缩率及密度会增大，矢波通流能力会有所改善。所以在选用 ZnO 粉体材料时应尽量选用粒径小且范围窄的粉料，并且 Na+、 Fe2+ 的含量在 20ppm 以下ZnO 晶粒的电阻率为 0.11.0 cm，晶粒电压约 3V，其阳离子半径 Zn2+为 0.72 ，依据晶体置换固溶原理，固溶取决于离子半径、原子价、化学亲和力和结构类型。比 Zn2+半径小或与 Zn2+半径可以比拟的离子可与 Zn2+发生替位式固溶或形成填隙原子。一价、二价、三价、五价金属阳离子易与 Zn2+固溶，同周期的

25、金属阳离子也易与 Zn2+发生固溶。晶胞尺寸小的晶体会在晶胞尺寸大的晶体中固溶。对于固溶原理很有必要学习一下电介质物理学，因为固溶原理对我们选用和分析材料太重要了，必须清楚的有一个认识。下面是一些常见的施主型、受主型及两性杂质。施主：n 型半导体：TiO2、V2O5、U3O8、ZnO、Nb2O5、MoO2、CdO、Ag2s、CdS、CdSe、SnO2、Cs2S、CsSe 、BaO、Ta2O5、WO3、BaTiO3、 PbCrO4、Fe3O4 、Hg2S、ZnF2 等类型。受主：P 型半导体：Ag2O、Cr2O3 、MnO 、CoO、SnO 、NiO、Cu2O、Cu2S 、Pr2O3 、SnS

26、、Sb2S3、CuI、Bi2Te3、Te、Se、Hg2O 等类型。j势垒高度 fB=e2Ns2/2eoeNdl“/.2e_ iz耗尺层宽度 Lo=(2fBeoe/e2Nd)Ns：晶界电子态密度；Nd：施主浓度；.R0Zi这是两个描述性公式，由此可知 Bi2O3 在配方中的含量会直接影响 ZnO 压敏瓷泄漏电流和稳定性，（即离子迁移造成的连续电压老化的稳定性和热刺激电流下变化的稳定性)。要研究 Bi2O3 对电性能的影响，首先必须确定一个参考配方，为了研究高压五元系的物相特征作者选择了如下配方：（97-X ）mol%ZnO+X mol%Bi2O3+1.0 mol%Co2O3+1.0 mol%Sb

27、2O3+0.5 mol%MnCo3+0.5 mol%Cr2O31NK来进行探索性研究，作者选择了六个点：X=0.3、0.5、1.0、1.5、3.0、6.0（试验结果见下图）当 Bi2O3 的含量过少0.3 mol%时，由于大量缺陷和无序晶界的存在，ZnO 压敏瓷体几乎无非线性（a 值 15 左右），这其中还包括因杂质元素影响而产生某些相，其各种性能极差，当 Bi2O3 的含量过少0.3 mol%时，瓷体中除 ZnO 相、焦绿石相 Zn2Bi3Sb2O14Co、Mn、Cr外几乎没有其它相，其非线性和耐浓度和耐浪涌能力都不好。在 95%以上的配方中，Bi2O3 的含量都有在 0.51.2 mol%

28、之间，只有在含 Sb、Si 较多的配方中的 Bi2O3 含量可能低一点，为此作者于 96 年底依据上文配方在 0.51.2 mol%这个区间进一步进行了探索，其间由于烧成温度变化使试验结果有所改变，Bi2O3 含量的变化规律难摸就难在随含量变化烧成温度也要变化。考虑到蒸发、凝聚、传质过程中 Bi2O3 的相变、挥发、液相传质作用和相变中化学计量比的偏移，其含量作者以为应在 0.70.9 mol%这样一个区间内。当然，当其它材料的量发生变化时，或者杂质总含量发生变化时，这个量也应适当变化，但变化不太。Bi2O3 的相变十重要，在烧成过程中首先出现 g-Bi2O3 相，其成分为 Bi2O3 和少量

29、 ZnO，在6500C 以上其转变为 A 相：12Bi2O32Cr2O3 该相熔点为 8500C，随焦绿石相含量的增加而减少。9500C 左右 A 相转变为 B 相。在 10000C 左右生成 C 相：14Bi2O3Cr2O3 该相为 Bi2O3的立方相，固溶有 Zn 和 Sb，随 b-Bi2O3 相的出现而减少。在 10500C12500C 生成 d-ss 和 d- Bi2O3 相，它们与 b- Bi2O3 相共存， d-ss 相只存在于含 Cr 系，随 Cr 的含量的减少而减少是一个过渡相，而 d- Bi2O3 是不固溶于有 Cr 系的。Bi2O3 的主要挥发温度是 12000C，这时如果

30、大量的 Sb 已经转变成为尖晶石使液相含量降的很低，那么就很有利于抑制 Bi2O3 的挥发，同样对于 Si 也是这样。这就是 Sb、Si 含量大的配方为什么 Bi2O3 的含量可以低一些的原因。通常在高压系 Bi2O3:(Sb2O3+SiO2)=1:2 这个比例可以下调到 1：1.8（摩尔比）但决不可再大。大多数中压体系 Bi2O3 的含量都在 1.0mol%以上，更加之它通常含有 0.50.8 mol%的 TiO2 所以液相含量较多，使得 Bi2O3 在高温区更易挥发，所以常添加各种高熔点玻璃，其成份中多含 SnO2、Al2O3、MgO、Ag2O 和 ZnO，其甚至部分尖晶石在烧成热处理过程

31、中随温度、降温速度 Bi2O3 将发生一系列相变，其中最主要是 a、b、d相之间的转变。a- Bi2O3 是一个单斜晶系的低温稳定相，空穴导电型晶体，在 ZnO 压敏瓷中它的含量很少，但我更希望它不存在，因为它的热稳定性不好，也就是说它的荷电老化特性不好，在直流偏压下易极化也易使漏电流值失控。b- Bi2O3 为四方晶系，离子导电型晶体，是亚稳相，在冷却过程中它很容易保留下来，它的优点在于电阻率大，漏电流小，非线性较好，同时晶胞尺寸很小，在晶界上的应力小，当矢波冲击它时，它吸收矢波的能力更强一些，但是它会在交直流老化中因氧离子的迁移而使性能变差，漏流不断增大直至崩溃，我们可以这样检验它，用 2

32、ms 方波额定能量冲击 10 次，它很有可能被打炸，或者压比会变的很差，因此许多人建议热处理使 b- Bi2O3 转变为 g- Bi2O3。- Bi2O3 也是一个亚稳相，它是体心立方晶体，晶胞尺寸比 b- Bi2O3 大很多，因此它有利于阻碍晶界氧离子的迁移，具有稳定势垒的作用，它的含量增多，方波通流能力就好一些，长期荷电老化能力也好一些，但是由于 b- Bi2O3 向 - Bi2O3 转变时在 ZnO 晶界上产生了内应力使能带结构和能隙发生了变化，电子浓度变大，漏电流变大，从而导致非线性变差，b-Bi2O3 向 - Bi2O3 转变导致 Bi2O3 相体积收缩约 3%，Bi2O3 的含量越

33、大收缩越大，由于 - Bi2O3 比 b-Bi2O3 晶胞体积大许多，所以这种转变使 - Bi2O3 产生一个张应力，既使带有沉析亦是如此，因为沉析的量非常小。- Bi2O3的粗化或微裂纹的形成都可以将应力释放到一定程度，但是 ZnO 晶粒仍然会受到一个压应力的作用，如果转变中的应力很大足以使晶界处的 Bi2O3 发生膨胀，那么在 ZnO 的抑制作用下就会发生 - Bi2O3 向 b-Bi2O3 的逆转变，正是由于这种应力无法完全释放，才使得热处理后非线性变差，这一点可以用热激发跃迁来解释，Bi2O3 相很难在冷却过程中自然保留下来，因此大尺寸产品和阀片通常都要进行热处理。d- Bi2O3 相

34、只有在含 Si 系配方中才能保留下来，这是因为高温下 Si 形成的玻璃物质能有效抑制 Bi2O3 的挥发，使高温稳定相 d- Bi2O3 的含量增大，在冷却过程中这种玻璃共溶物在较高温度下冷凝，使部分 d- Bi2O3 冻结在共溶物中无法发生相变，d 向 的转变在 7900C 发生，条件为慢冷10C/min，而 Si 与液相 Bi2O3 共溶物在 8000C 左右就已冷凝，d- Bi2O3 为面心立方晶，它与 Zsi 相、Zn2SiO4 无定形相共存，含 SiO2 的高压体系 ZnO 压敏瓷中都会保留下Zsi 无定形相，因此 d- Bi2O3 被保留下来，它可以有效增加矢波和方波通流能力，因此

35、在高压和中压系配方中我建议添加 SiO2，这样带来了一个问题，就是限制电压性能会变差，对此可以用添加 Al3+来调整总之，Bi2O3 在 ZOV 瓷体中极为重要，改变其含量与物相，可改良非线性、稳定性，可调节矢波通流能力，许多杂质材料的作用都在于因为影响着 Bi2O3 的物相组成从而影响着电性能参数。我通过测试产品的性能、热特性、解剖分析等便可推算瓷体中 Bi2O3 的物相分布，从而得知其配方中 Bi2O3 的含量，参照其烧成曲线，再进行 5500C 和 8000C 热处理便可确认此配方的杂质种类。下面我会讲另一个重要材料 Sb2O3，主材料只有两种 Bi2O3 和 Sb2O3，必备材料也有两

36、种 Co2O3 和 MnCO3，其余我称之为“ 功能性材料”，这些材料都会在性能上表现他们的个性。所以对于配方一目可以了然，因此凡做 ZOV 陶瓷的技术人员不要迷信于单个的配方，应该着中去研究制作配方时的思路，对于工艺也是这样。思路很重要，配方所研究的仅仅是这些材料的个性，需要弄懂、弄透、想清楚为什么，验证、比较、再验证、再比较。其中这些微妙的关系得来让人欣喜若狂，虽然许多东西限于测试仪器设备和我们的常识我们只能去猜想，但至少我需要在原理上能解释得通，这很重要，不要在自己的脑子里尽弄些模糊概念，想通它才会进步。3. Sb2O3 三氧化二锑 分子量：291.49Sb2O3 系白色粉末，立方晶体，

37、难溶于水，密度 5.0g/cm3，平均粒径 2.7mm，熔点 6560C，在烧成过程中形成锑锌尖晶石 Zn7Sb2O12，它是面心立方晶，属逆尖晶石结构的结晶，n 型半导体，电子是唯一的电荷载流子，电阻率 1107cm，Sb2O3 在 ZOV 瓷体中的含量与的 Bi2O3 含量有关，它们的关系是 Bi2O3：Sb2O31:1.2 （仅对高压体系）通常其添加量都在 0.81.5 mol%之间。为便于研究 Sb2O3 对 ZOV 瓷体电性能的影响，我们使用下述参考配方： （96-X ）mol%ZnO+0.8 mol%Bi2O3+X mol% Sb2O3+0.5 mol%MnCO3+1.0 mol%

38、Co2O3+0.5 mol%Cr2O3+0ai由于 Sb2O3 的添加范围非常广，单一改变它的量很难比较出答案，在试验中我选择了五个点：X=0.5 、0.75、1.0、1.25、1.5，结果如下图。Sb2O3 的含量对压比的影响并不大，随着 Sb2O3 含量的增多，梯度上升很快，限制电压有所改善，通流变化率得到很大程度的改善，但这并不全是尖晶石抑制晶粒长大提高了均匀性的结果，很大程度上是 Sb2O3 影响了 Bi2O3 相变的结果。本贴得筑龙币:11 等级得币:11 版主奖励:0 贴主答谢：0 献花赠币：0 得信誉分:0未评定 定制广告 投稿奖励新制度！每日中奖名单更新 zmz88250 位置

39、: 辽宁 信誉: 238专业: 岩土 发贴: 5183留言 电邮 主页BLOG引用回复 搜索 献花 顶贴 第 4 楼 2005-12-15 0:40:00在烧成过程中 Sb2O3 并不仅仅形成尖晶石相，它还形成 SbBiO4 相、CoSb2O6 相和 Sb2O5 相，其它这些物相才是 Sb2O3 真识作用的体现。在 Sb3+Sb5+的升价过程中，Sb2O3 要从其它氧化物或气氛中夺取额外的氧，这样在高温下由于氧缺乏就会造成两种缺陷：一种是氧空位，一种是填隙金属离子。氧空位的存在能束缚电子形成电子陷阱，Bi3+、Mn3+、Co3+游离出来形成正电子中心也能产生电子陷阱，从而形成表面态产生势垒。S

40、b2O3 本身虽然对非线性没有影响，但是它起的作用十分特殊，其次我们知道 Zn-Bi 二元素的 a 值不足 10，而添加 Co、Mn 后就会达到 40，再添加 Sb 会进一步提高。一方面当然是由于尖晶石抑制晶粒长大使晶粒尺寸变小，均匀性提高，另一方面不妨说 Sb2O3 提高了离子在 Bi2O3 液相中的溶解度，是它调节着各相固溶杂质元素的成分，它与 ZnO 共溶于 Bi2O3 液相中，增加了液相含量，形成了溶有 Zn、Sb、Co 、Mn、Cr 等离子的富铋液相，浸润着晶粒，促进着反应，在冷却过程中更有助于其它离子的析出，是整个 ZOV 瓷烧成的结构控制剂，使致密化过程顺利进行。值得注意的是在烧

41、成过程中 Sb2O3 的挥发相当严重，这也是它添加范围宽的一个因素。Sb2O3 在 12000C12500C 的挥发约占总重的 10%，但是你并不能在配方中引入过多的 Sb2O3，当其含量1.75mol%时，漏电流会明显增大，电性能上表现出压比并不大而漏电流却很大，梯度高、压比小、漏流大的产品必须减少 Sb2O3 的含量，如某高压配方，230V/mm240V/mm 的梯度，1.035 左右的压比，10K 产品漏流 25mA，其锑的含量在 1.01.2 mol%之间，从体系此上讲 Sb2O3 的含量可降至 0.9 mol% 本贴得筑龙币:11 等级得币:11 版主奖励:0 贴主答谢：0 献花赠币

42、：0 得信誉分:0未评定 定制广告 筑龙建材网 产品、价格、样本、评论应有尽有 zmz88250 位置: 辽宁 信誉: 238专业: 岩土 发贴: 5183留言 电邮 主页BLOG引用回复 搜索 献花 顶贴 第 5 楼 2005-12-15 0:44:00第二部分 氧化锌压敏电阻器材料特性与配方研究2 4、 Co2O3 三氧化二钴 分子量：165.86Co2O3 系黑色粉末，六方菱型，密度 5.18g/cm3，熔点 8590C，易高温分解，平均粒径 3.5m，在 Zn-Bi 体系的 ZOV 瓷中 55%60% 的 Co 固溶在 ZnO 晶粒中，其余偏析于晶界。Co2O3是一种改性添加剂，在 Z

43、nO 中形成替位式杂质，在 ZnO 的禁带中形成补充能级，可以降低一定的晶粒电阻。在烧成过程中，固溶于 Bi2O3 相中的 CoO 能显著影响 Bi2O3 的挥发，在高温下具有保持液相含量的作用。Co2O3 能够改善非线性 值和小电流区漏电流的稳定性，这一点和 Mn 相似，机理也差不多，都是因为它们能够偏离正常化合物格点位置，或因化学键不饱合而形成金属离子正电中心，产生的电荷因 Bi2O3 的分凝、偏析从而在富铋晶界层中形成电子陷阱，产生表面态，形成势垒，产生非线性。所以 Co2O3 和 MnCO3 对 ZOV 电性能的影响趋势都有类似 Bi2O3 的地方。Co2O3 在高压系配方中通常添加

44、0.61.2 mol% ，如果配方体系非常复杂，杂质种类很多，除Bi、Sb、Co、Mn 外其它杂质的总含量大于 1.0 mol%，这时可以适当增加 Co2O3、MnCO3 的含量。为便于研究 Co2O3 对 ZOV 瓷体电性能的影响，我们使用下述参考配方： *Pg（96-X ）mol%ZnO+0.8 mol% Bi2O3+1.0 mol% Sb2O3+X mol%Co2O3+0.5 mol%Cr2O3GUeEN依据配方选取 X=0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 这五个点研究其对电性能的影响（见下图）。随着Co2O3 含量的增大，电压梯度会有所下降，这同 Bi2O3 相似；压比和限制电压均

45、有所下降，至 0.81.0 mol%降至最低，随含量上升又逐渐变大，但是它的变化曲线很平缓，我认为它对此没有多在的影响。Co2O3 对通流变化率影响很大，对 V1mA 变化率 1.0 mol%时约最少不足-5%，但是对 V0.1mA 变化率 0.8 mol%时会降至最低，这一发现在我们制订配方应时时常提醒自己。通常在高压体系中我们会选用 0.85 mol%这个量，在含 Si 含 Ni 的体系会选择 0.9 mol%这个量。在和一些专家讨论时会有人认为以为这并没什么区别，仅仅 0.25%重量比的差别，认为不如添加 1mol%。对这一点我不赞同，对于研究来说，是什么就是什么不能有那么多模糊概念、

46、MnCO3 碳酸锰 分子量：114.94MnCO3 为浅棕红色，无定形相，密度 3.13.78/cm3，3000C 易分解生成 MnO2 或 MnO，MnO2 为黑色，菱形，分子量 86.9，密度 5.08g/cm3，熔点 5350C。Mn 同 Co 一样也能固溶于 ZnO晶粒中，但它在晶界偏析的含量为 5253%，比固溶于晶粒中的要多。前面提到 MnCO3 同 Co2O3 有相似之处都有类似 Bi2O3 的地方，但另一方面它又有类似 Sb2O3 的一面，它能很明显的提高梯度。这是因为 MnCO3、Cr2O3、Ni2O3 这样的杂质在高温下主要固溶在尖晶石相 Zn7Sb2O12 中，影响着 S

47、b 的升价和尖晶石的发育，从而影响 ZnO 晶粒的发育MnCO3 对 ZOV 电性能的影响很细腻，我从没见过添加 1.0 mol% MnCO3 的高压系配方，在研究时通常的人都会选择 0.3、0.5、0.8 mol%三个点做为研究对象，最后得出一个结论：“Mn只影响梯度，对其它性能并无影响”。从前人的研究经验中得出：“Mn 的含量增大，梯度会升高，压比会降低，漏电流会减小，通流能力会下降”。为了验证这一点使用了如下配方：（96-X ）mol%ZnO+0.8 mol%Bi2O3+1.0 mol%Sb2O3+0.9 mol%Co2O3+X mol%MnO2+0.5 mol%Cr2O3配方选取 X=

48、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1.0 八个点进行了试验，试验结果见下图。通过研究讨论，Mn 的含量应以 0.50.6 mol%为宜。因为在这个区间方波通流能力、矢波通流能力都是最好的，梯度也不高。当含量0.8 mol%时，各项性能开始分化，且难烧结。Mn 对保温时间很敏感，1.0 mol%含量的料样需在 11800C 下保温 6 小时才能看到其表现出的特性。通常行业内的配方中 Mn 的含量为 0.5 mol%，在使用 Ni2O3 和 SnO2 的配方中可选用 0.6 mol%，梯度反而会更低一些。MnCO3 和 Co2O3 相同，单一改变含量并不能有效增加非线性，降低限压比。要提高非线性必须依靠体系来解决，任何一种材料都不可能改变它。行业里经常会有人说某材料能怎样能怎样，这是很可笑的，脱离整个体系来单纯谈材料是不会有成果的6、 Cr2O3 三氧化二铬 分子量： 151.99Cr2O3 为深绿色粉末，密度 5.218g/cm3，阳离子半径 0.64 ，它可与 ZnO 固溶，在晶粒和晶界的含量相等，这是 Zn-Bi-Sb-Co-Mn-Cr 五元杂质系的最后一种杂质。Zn2+半径 0.72 ；Co2+0.74 ；Co3+0.63 ；Mn2+0.80 ；Mn3+0.62 ；Mn4+0.54 这些离子