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)會出現(xiàn)優(yōu)異的非線性歐姆特性，可以保障電力設備的運行安全與電子儀器的穩(wěn)定運行，且造價低廉，制作方便，在電力、航空、航天、交通、通訊、國防等領域都得到了廣泛應用。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行分析。

關鍵詞：壓敏電阻陶瓷材料 種類 特性

中圖分類號：TQ174 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0043-02

壓敏電阻的陶瓷材料達到一定的溫度或者是在特定的電壓幅度就會有安特性這種非線性的伏特，它的電阻會根據(jù)相應電壓的增加而相應減小的一種半導體瓷質(zhì)材料。一般這種電阻類的器物——抗壓敏電阻器的應用范圍非常的廣，有電壓保護的作用，可以運用到各種形式的避雷設備中，對于電壓的穩(wěn)定性要求不高。這種抗壓敏的電阻在保護各種設備的時候有著非常重要的作用，在各個行業(yè)內(nèi)都有運用，比如：航空、鐵路、汽車和各種家用電器領域內(nèi)獲得廣泛應用，國內(nèi)外眾多的學者中也對抗壓敏器材中的陶瓷材料進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。現(xiàn)在國內(nèi)外重點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)

隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在的電子設備不斷向小型化、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，在超低壓領域內(nèi)對抗壓敏電阻器的要求也提出來更高要求。人們一直針對ZNO系/TIQ系/SRYIOQ3系/HBQE3系抗壓敏陶瓷材料在低壓環(huán)境中應用進行了研究，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而成的，還運用了大量的添加劑，其作用就是在辨析結晶界面上形成阻擋，另外的一部分就是在添加劑凝結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晶粒子，可以防止對低壓壓敏電阻產(chǎn)生不良影響，低壓研究熱點一直是學界追求的熱點，現(xiàn)在低壓ZNO壓敏電阻器的應用有三類。

1.2 TIQ系的陶瓷壓敏電阻

這個系列的電阻陶瓷的基礎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成型的，在1 300 ℃～1 400 ℃的惰性氣體中燃燒凝結撐的半導體，在這個半導體層面上，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體，也是對電容器的一種變相應用。

1.3 SRYIOQ3系的陶瓷壓敏電阻

在20世紀的80年代，美國科學家貝爾就曾經(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)工藝也相對比較簡單，最突出的特點是低壓化更加容易實現(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，會提高材料的燒結溫度，關于這一問題，還需要進行深層次研究。

2 電容壓敏電阻陶瓷材料

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

因為ZN3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，雖然有比較強的特性，吸收的噪音往往是高頻噪音，對陡峭的沖浪噪音涌向的速度干擾也會很慢，早年間日本學者已經(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年試驗成功了關于SETIO3的基電容，雙功能的抗壓敏電阻器同時也具備大容量的電容器，人們更加看好電子的線路保護和消除電噪音兩個內(nèi)容，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用在了保護微型計算機集成斷路和大規(guī)模的電路中。

3 SnO2壓敏材料

SnO2壓敏材料誕生于20世紀90年代，也是近年來學界研究的重點材料，該種材料在無摻雜情況下一般不會燒結，內(nèi)部為多孔狀結構，主要使用電子陶瓷制備法進行制備，在高溫燒結之后，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，具有相對簡單的晶相結構，是SnO2壓敏陶瓷微觀結構的特點。目前，在國外SnO2壓敏陶瓷處于研發(fā)到生產(chǎn)的過渡階段，已有關于SnO2壓敏電阻的商業(yè)試制品問世的報道。

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，對壓敏電阻材料的研究還有待進一步加深。壓敏電阻的低壓化、片式化是目前應用的主要趨勢。在我們國家壓敏電阻器的生產(chǎn)應用已經(jīng)形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)，但是由于型號比較單一，經(jīng)常從國外大量引進，國內(nèi)的個別廠家會嘗試試發(fā)新產(chǎn)品，但是仍然單一重復，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，應該朝著這樣幾個方向努力：（1）陶瓷粉質(zhì)的體制技術研究。（2）基礎的體制和配備研究。（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。

參考文獻

[1] 柯磊，馬學鳴.高能球磨和低溫燒結制備高電位梯度ZnO厚膜壓敏電阻[J].中國稀土學報，2011，29（2）：248-253.

[2] 李剛，王茂華，吳斌.Pr系ZnO壓敏陶瓷的sol-gel法制備及電性能研究[J].電子元件與材料，2011，30（2）：15-17.

[3] 萬帥，呂文中.鉍硼玻璃摻雜對ZnO-Bi2O3-TiO2系壓敏電阻性能影響[J].無機材料學報，2010，25（8）：811-814.

[4] 劉佳驥，趙鳴，高峰，等.BaBSi玻璃對ZnVSb基壓敏電阻結構與性能的影響[J].壓電與聲光，2008，30（1）：112-114.

[5] Bueno P R，Pianaro S A，Pereira E C，et al.Investigation of the electrical properties of SnO2 varistor system using impedance spectroscopy[J].Journal of Applied Physics，1998，84（7）：3700-3705.