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仍在发展!问世60年的压敏陶瓷这4大类你都知道

作者:admin 发布时间:2019-06-29 15:36 浏览:

  压敏材料是指在某一特定电压范围内具有优异非线性欧姆特性的一种半导体陶瓷材料。根据这种非线性欧姆特性,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。

  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起着重要作用,且由于其造价低廉、制作方便,在各个行业内都有运用,比如:航空、铁路、汽车和各种家用电器领域内▼▼▽●▽●获得广泛应用,国内外众多的学者中也对抗压敏器材中的陶瓷材料进行了深入而又广泛的研究。

  目前,商品化的压敏电阻器来自ZnO、TiO2、SrT◆●△▼●iO3、SnO2等不同材料的压敏陶瓷系▲●…△列。下面对不同种类做整理,回顾这一发展接近60年的压敏陶瓷。

  低压ZnO压敏电阻的成分非常复杂。但研究表明,BiO和TiO等氧化物是实现压敏电阻非线性特性和低压化的最基本、最关键的添加物。

  (1)叠层型片式ZnO压敏电阻器。采用MLCC工艺将ZnO陶瓷流延膜与电极层交错排列,层间电极与器件两个端面电极相连。采用MLCC工艺制备的压敏电阻器的压敏电压可以达到5~10V,非线)籽晶法ZnO压敏▪•★电阻器。所谓籽晶法是原始配料过程中加入晶粒尺寸较大的ZnO晶粒作晶种,使材料在烧结时因籽晶的长大而达到增大平均晶粒尺

  (3)液相扩散等其它方法。利用液相扩散等方法,可以制备出压敏电压为3~5V的压敏电阻器。

  20世纪80年代由日本太阳诱电公司及松下公司相继开发的SrTiO系压敏材料弥补了这种不足。SrT•□▼◁▼iO基压敏电阻具有良好的压敏特性、低的压敏电压、大的电容量和小的漏电流,是一种典型的电容-压敏双功能元件。

  SrTiO系虽然非线性系数较低(α10),但介电常数大,具有压敏和电容双功能,吸收高频噪声和瞬态浪涌等,因此在电子线路的保护和消除电噪声等方面有着广泛的应用前景。

  SrTiO基压敏材料需要先在还原气氛中烧结成低阻的半导体,然后经过空气中的再氧化。复杂的工艺使得它的制备成本较高。因此研究人员更为关注的是TiO2压敏陶瓷。

  TiO2压敏陶瓷同样具有压敏电压低,非线性高和电容量大的特点,可以克服ZnO压敏电阻对噪音吸收能力差,反应速度慢的缺点,而且◆▼制备工艺简单,只需要在空气中一次烧结。

  由于它的压敏电压低(可低于6V),非线以上)以及超高的相对介电常数(在104~105量级),可以实现元件与电路的小型化,同时具有电容和压敏双重特性,因此在低压领域的复合功能元件中占据主导地位。

  SnO2压敏陶瓷是20世纪90年代中开始发展起来的一种新型压敏材料,也是近年来国际压敏材料的研究热点之一。

  SnO2系压敏电阻陶瓷是与ZnO和TiO2系类似的N型半导体。在不掺杂的情况下其内部结构疏松,采用常规电子陶瓷制备工艺,经过高★-●=•▽温烧结,通常只有理论密度的50%~60%左右,因而再过去被广泛应用于气体传感器。

  2压敏陶瓷具有相对单一的◆■晶相结构,理论上应具有较大的通流面积。而其热导率大、耐高温等优点使得在承受过大脉冲电流而失效时不会像ZnO压敏元件那样发生爆炸或穿孔破坏。此外,SnO2压敏陶瓷还具有较□◁小的晶粒尺寸,这也是其具有较高电位梯度的原因之一。1995年Pianaro等人报道了新的SnO2基压敏电阻陶瓷系统并取得了良好的非线性。该系统的主要特点是其在X射线衍射下具有单一的晶相结构,这种单一的晶相结构可能会解决已经商▷•●品化压敏电阻陶瓷的退化问题。

  在◇•■★▼国内,山东大学▪…□▷▷•的王矜奉等人采用不同氧化物进行掺杂,研究获得了非线的样品。

  华南理工大学的卢振亚等人研究了TiO2、MnCO3掺杂SnO2-Sb2O3系压敏电阻材料,并着重研究材料的承受大电流脉冲的能力,研究获得能够承受脉冲电流的SnO2基压敏电阻陶瓷。

  纵观国内外有关SnO2基压敏电阻陶瓷材料研究成果,其研究方法都类似于ZnO压敏电阻的研究方法。

  SnO2压敏陶瓷是一种新型压敏电阻陶瓷材料,它具有良好●的非线性特性。与传统的ZnO压敏电阻陶瓷相比,其掺杂物种类少,掺杂量小,微观结构简单均匀,具有良好的抗破坏能力。SnO2压敏★▽…◇陶瓷是一种很有潜力的压敏电阻陶瓷。

  尽管取得很大进步,但是其导电机理等至今尚未得到一个确切的合理的解释,仍需进一步完善。其综合性能还有待于进一步提高,比如非线性系数、漏电流○▲-•■□以及稳定性等。

  由于压敏电阻的性能对陶瓷粉体的特征(如纯度、形态、分布和颗粒大小等)比较敏感,而我国制备陶瓷粉体的原材料没有专业的生产厂家,质量难以保证,故很多厂家的陶瓷粉体都依靠进口。因此,加强陶瓷粉体制备技术,尤其是•●液相法的研究,不仅可以从根本上提高压敏电阻的性能,还可以进一步提高产品的国产化程度。

  对于压敏◆◁•电阻的非线性特性,尽管国际上提出了晶界深陷阱、非饱和过渡金属氧化物在晶界偏聚形成深能级和氧在晶界处的吸附等理论,但对其产生的物理根源仍缺乏统一认识。今后,特别需要在晶界现△▪▲□△象、导电机理、缺陷理论、老化机理等方面加强研究。


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