壓敏電阻陶瓷材料的種類與特性分析

楊逸宇

摘 要：壓敏電阻陶瓷材料在一定的電壓范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)優(yōu)異的非線性歐姆特性，可以保障電力設(shè)備的運(yùn)行安全與電子儀器的穩(wěn)定運(yùn)行，且造價(jià)低廉，制作方便，在電力、航空、航天、交通、通訊、國防等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。壓敏電阻陶瓷材料的類型多種多樣，不同類型的材料，特性也存在差異，該文主要就壓敏電阻陶瓷材料的種類與特性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：壓敏電阻陶瓷材料 種類 特性

中圖分類號(hào)：TQ174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（c）-0043-02

壓敏電阻的陶瓷材料達(dá)到一定的溫度或者是在特定的電壓幅度就會(huì)有安特性這種非線性的伏特，它的電阻會(huì)根據(jù)相應(yīng)電壓的增加而相應(yīng)減小的一種半導(dǎo)體瓷質(zhì)材料。一般這種電阻類的器物——抗壓敏電阻器的應(yīng)用范圍非常的廣，有電壓保護(hù)的作用，可以運(yùn)用到各種形式的避雷設(shè)備中，對(duì)于電壓的穩(wěn)定性要求不高。這種抗壓敏的電阻在保護(hù)各種設(shè)備的時(shí)候有著非常重要的作用，在各個(gè)行業(yè)內(nèi)都有運(yùn)用，比如：航空、鐵路、汽車和各種家用電器領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外眾多的學(xué)者中也對(duì)抗壓敏器材中的陶瓷材料進(jìn)行了深入而又廣泛研究。

抗壓敏的陶瓷材質(zhì)變阻器按照應(yīng)用電壓范圍分為高壓抗壓敏的變阻器，中壓抗壓敏的變阻器、低壓抗壓敏的變阻器，這其中又可以抗壓敏電壓的差異，從4.8～22 V劃分為不同的類型?，F(xiàn)在國內(nèi)外重點(diǎn)研究的是低壓抗壓敏的陶瓷材質(zhì)的變阻器。

1 低壓抗壓敏電阻陶瓷材質(zhì)

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的電子設(shè)備不斷向小型化、多功能方向不斷發(fā)展，集成的路在密度和集成通電速度方面得到了有效改善，為了讓電子線路在通電過程中免受電浪的沖擊和破壞，在超低壓領(lǐng)域內(nèi)對(duì)抗壓敏電阻器的要求也提出來更高要求。人們一直針對(duì)ZNO系/TIQ系/SRYIOQ3系/HBQE3系抗壓敏陶瓷材料在低壓環(huán)境中應(yīng)用進(jìn)行了研究，這些年來也取得了一些成果。

1.1 ZNO的陶瓷壓敏電阻

ZNO系是其中性能最優(yōu)質(zhì)的一種，1969年，日本公司首先在全球發(fā)布并且應(yīng)用，其中的壓敏電阻陶瓷材料雖然主要成分是ZNO但是還添加了多種氧化物燒制凝結(jié)而成的，還運(yùn)用了大量的添加劑，其作用就是在辨析結(jié)晶界面上形成阻擋，另外的一部分就是在添加劑凝結(jié)降溫過程中形成阻擋的層次，而其他添加劑主要起到的功能是控制結(jié)晶粒子，可以防止對(duì)低壓壓敏電阻產(chǎn)生不良影響，低壓研究熱點(diǎn)一直是學(xué)界追求的熱點(diǎn)，現(xiàn)在低壓ZNO壓敏電阻器的應(yīng)用有三類。

1.2 TIQ系的陶瓷壓敏電阻

這個(gè)系列的電阻陶瓷的基礎(chǔ)片是在摩爾等混合物中添加多種微量金屬氧化物而提取加壓凝結(jié)成型的，在1 300 ℃～1 400 ℃的惰性氣體中燃燒凝結(jié)撐的半導(dǎo)體，在這個(gè)半導(dǎo)體層面上，可以在800 ℃～900 ℃的空氣熱量環(huán)境下燒覆銀電極，在另一個(gè)面上制成歐姆的電極，這就是利用添加微量金屬氧化物而形成的半導(dǎo)體，也是對(duì)電容器的一種變相應(yīng)用。

1.3 SRYIOQ3系的陶瓷壓敏電阻

在20世紀(jì)的80年代，美國科學(xué)家貝爾就曾經(jīng)為了取代SUD壓敏電阻器，研發(fā)出SRYIOQ3系的陶瓷壓敏電阻器，其主要的材料是SRYIOQ3，一般情況下添加的是NUB2和BA0等其他的氧化物。其成本比較低，成產(chǎn)工藝也相對(duì)比較簡單，最突出的特點(diǎn)是低壓化更加容易實(shí)現(xiàn)，所以成為了低壓壓敏的電阻器中性能最好的一類。為了進(jìn)一步改善材料的性能，還可以在其中添加其他的金屬氧化物，利用CrO2、Sb2O3等還可以有效提升材料的均勻性，但是也要注意到，優(yōu)勢在添加物質(zhì)時(shí)，會(huì)提高材料的燒結(jié)溫度，關(guān)于這一問題，還需要進(jìn)行深層次研究。

2 電容壓敏電阻陶瓷材料

伴隨著微型電子技術(shù)不斷應(yīng)用，高頻率的沖脈尖端也開始得到廣泛應(yīng)用，也帶來了一系列的應(yīng)用問題。

因?yàn)閆N3的壓敏電阻是由電阻型的原材料所組成的，雖說有著比較強(qiáng)的抗敏性質(zhì)，但是其中的介入電常數(shù)比較小，介入電質(zhì)的損耗也很大，雖然有比較強(qiáng)的特性，吸收的噪音往往是高頻噪音，對(duì)陡峭的沖浪噪音涌向的速度干擾也會(huì)很慢，早年間日本學(xué)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了以此為基體，摻雜SB201、RE02等添加劑的電容類壓敏型雙功能的陶瓷材質(zhì)。隨后，日本松下公司在1984年試驗(yàn)成功了關(guān)于SETIO3的基電容，雙功能的抗壓敏電阻器同時(shí)也具備大容量的電容器，人們更加看好電子的線路保護(hù)和消除電噪音兩個(gè)內(nèi)容，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了保護(hù)微型計(jì)算機(jī)集成斷路和大規(guī)模的電路中。

3 SnO2壓敏材料

SnO2壓敏材料誕生于20世紀(jì)90年代，也是近年來學(xué)界研究的重點(diǎn)材料，該種材料在無摻雜情況下一般不會(huì)燒結(jié)，內(nèi)部為多孔狀結(jié)構(gòu)，主要使用電子陶瓷制備法進(jìn)行制備，在高溫?zé)Y(jié)之后，材料的密度只有理論密度的60%左右，因此，該種材料也在氣敏傳感器中得到了推廣。在其中加入ZnO、MnO、CoO等材料，可以有效改善SnO2壓敏材料的燒結(jié)性能。SnO2壓敏陶瓷是一種有潛力的新型壓敏陶瓷材料，具有可與ZnO壓敏元件相比的高非線性歐姆特性和高電位梯度。以SnO2晶粒為主晶相，具有相對(duì)簡單的晶相結(jié)構(gòu)，是SnO2壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。目前，在國外SnO2壓敏陶瓷處于研發(fā)到生產(chǎn)的過渡階段，已有關(guān)于SnO2壓敏電阻的商業(yè)試制品問世的報(bào)道。

4 壓敏電阻陶瓷材料的未來發(fā)展方向

隨著科技的發(fā)展，對(duì)壓敏電阻材料的研究還有待進(jìn)一步加深。壓敏電阻的低壓化、片式化是目前應(yīng)用的主要趨勢。在我們國家壓敏電阻器的生產(chǎn)應(yīng)用已經(jīng)形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)，但是由于型號(hào)比較單一，經(jīng)常從國外大量引進(jìn)，國內(nèi)的個(gè)別廠家會(huì)嘗試試發(fā)新產(chǎn)品，但是仍然單一重復(fù)，和外國的比較還是有一定差距，其中主要的缺陷是流通電流容量低，能量的耐容量比較小，老化的效率高等，應(yīng)該朝著這樣幾個(gè)方向努力：（1）陶瓷粉質(zhì)的體制技術(shù)研究。（2）基礎(chǔ)的體制和配備研究。（3）超低壓雙向功能的研究。（4）MNLL的工藝式化片研究和多層角度方向研究。這種材料不僅能夠滿足響應(yīng)快的要求，還可以提高抗電壓限制性能、溫度系數(shù)更低，能夠允許更大電流流通。

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