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氧化锌与压敏陶瓷不得不说的故事!

氧化锌是锌的氧化物,是一种难溶于水、可溶于酸和强碱的白色固体,研究证明它是一种新型的技术材料,常被作为添加剂使用在多种材料和产品中,同时它还是少数几种具有量子尺寸效应的半导体氧化物材料。

不过真正要发挥氧化锌材料的优势,首先要将其粉体的尺寸减小至纳米级别,此时由于表面原子数与粒子总原子数的比值快速增大,会引起一连串物理化学性质变化的现象,导致氧化锌能够产生其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应等,从而具有优良的光活性、电活性、烧结活性和催化活性。这一新的物质状态,赋予了氧化锌这一古老产品在众多领域表现出巨大的应用前景,比如说压敏陶瓷就是其一。

陶瓷用氧化锌


什么是压敏陶瓷?

在了解压敏陶瓷前,首先我们要先了解压敏电阻。压敏电阻是其自身电阻随外加电压增加呈典型非线性变化的电阻:当外加电压小于其转换电压(即所谓压敏电压)时,其电阻极大;当外加电压超过转换电压时,其内电阻会在极短的时间内变小,使其自身接近于导通状态。在外场作用下,压敏电阻的上述非线性电学特性可由非线性系数由α来表示。α可根据下式计算:


因此若将这样的电阻以并联方式与被保护电路相连接时,一旦电路中出现电压过载,即电路中出现的浪涌电压大于压敏电压时,压敏电阻就可以将过载迅速旁路,从而避免过载对电路的损害。因此,压敏电阻已经广泛应用于各类家用电器、输变电线路、汽车、避雷器(如下图)等领域,防止各类电压过载的损害,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,是人类现代社会生活必不可少的安全保障。


避雷器是变电站被保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备,会装在需限制过电压的地方,例如:变压器高低压侧、线路进出线侧、母线、电缆端头、发电机出口、架空线路等地方

压敏陶瓷是绝大多数压敏电阻主体。理论上,通过烧银等工艺将压敏陶瓷两对称端面作导电化处理以形成端电极,就可以将其制成压敏电阻。实际上,除了上面的处理工序外,商用压敏电阻还需在端电极上焊接导电金属引线。将除引线以外的整体压敏电阻主体封装在防水材料之中。


若过电压引起的浪涌能量太大,超过了选的压敏电阻器极限的承受能力,则压敏电阻器在抑制过电压时将会发生电阻烧坏的现象

工业用氧化锌
氧化锌在压敏陶瓷中的地位

压敏陶瓷主要由金属氧化物制成,目前已开发成产品并大量应用的氧化物压敏陶瓷材料有两类:一类是氧化锌压敏陶瓷材料,其主晶相为氧化锌;另一类是钛酸锶压敏陶瓷材料,其主晶相为纯钛酸锶或部分位和或位置换改性的钛酸锶。除了这两种外,研究报道较多但至今未获得工程应用的氧化物压敏陶瓷材料还有:氧化钛压敏陶瓷、氧化锡压敏陶瓷、氧化钨陶瓷、钛酸铜钙陶瓷等。

其中,研究深入、应用范围压敏陶瓷是氧化锌基压敏陶瓷,是以氧化锌为主要原料(大于原料重量比的90%),在此基础上添加少量的氧化铋、氧化锑、氧化镨、氧化锰、氧化钴、氧化铌及其它稀土氧化物中的一种或几种制成。由于氧化锌压敏陶瓷具有非线性系数高、浪涌吸收能力强、性能稳定、制造工艺简便等许多突出的优点,现已广泛应用于电力、交通、通讯、仪表、家电等各个行业作为浪涌吸收、过电压抑制和稳电压等器件。