压敏陶瓷教学课件

1、,压敏陶瓷,xxx,2016年xx日,二氧化钛基压敏陶瓷,搜集资料：xxx,制作PPT：xxx,目录,对外加电压变化敏感的一类半导体陶瓷材料,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（ ） 压 敏 电 阻 器 的 应用很广， 可以用于抑制电压浪涌及过电压保护 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， 因此在航天、 航空、 国防、 电力、 通讯、 交通和家用电器等领域得到广泛应用。,ZnO陶瓷,制作工

2、艺简单 性能稳定 非线性系数高,优点,缺点,噪声吸收能力大 介电损耗大 响应速度慢,SrTiO3陶瓷,非线性系数高 压敏电压低 介电损耗低,优点,缺点,原材料昂贵 制备工艺复杂 使用寿命短,其他压敏陶瓷,SiC压敏陶瓷 ：发现最早的压敏陶瓷，主要用作避雷器。 SnO2压敏陶瓷：压敏电阻密度小，非线性系数不高。 WO3压敏陶瓷：具有优良的压敏性能，但介电常数不高。,TiO2压敏陶瓷,金红石结构,室温时的禁带宽度约为3ev,具有金红石、板钛矿、锐钛矿结构，其中金红石结构最为稳定。 TiO2不仅可以制作压敏陶瓷，还可以用于制备湿敏、气敏等多种传感器材料和电容器材料。,TiO2压敏陶瓷,目前存在的问题

3、 介电损耗较大，以漏导损耗为主。 介电损耗：漏导损耗，松弛极化损耗，结构损耗。,称量 在精度为0.1mg的精密电子天平上准确称取所需原料的量,混料 根据料的重量,按照质量比,料:水:球=1:(1.52.0):(LS3.0),以250r/min的转速球磨4小时,使各原料充分混合均匀。,干燥 在电热恒温箱中,.将磨好的料浆在80左右烘干,然后过320目标 准筛。,造粒 经球磨,干燥后的粉料加入10%glml的PvA水溶液(5一8)wt%,手研 均匀后过45目标准筛,在40MPa压力下预压成块。然后打碎,再次 过45目标准筛得到具有一定粒度而且均匀分布的粉料。,成型 在粉末压片机上,用200350M

4、pa的压力将粉料压制成。10、l.omm 的许多小圆片。,排塑 将成型好的圆片放在电阻炉中,控制升温速率,将加入的有机塑化 剂排出,并使之具有一定的机械强度,为样品的烧结创造条件。,烧结 在大气气氛下,在12501320范围内烧结22.5小时,然后随炉 冷却至室温。,烧后加工 烧结后的样品表面需用金相砂纸手工打磨,使样品表面平整,并 用超声波清洗器清洗。,上电极 将样品的两端面均匀地涂上银浆(Pd一Ag一8075),于600烧结15 分钟,使样品两端被上电极,以便测试其电学性能和焊接引线。,压敏陶瓷的结构模型,压敏陶瓷的显微结构,绝缘化的晶界层和半导化的晶粒,半导化,所谓半导化,是指在禁带中形

5、成附加能级:即施主能级和受主能级。 敏感陶瓷绝大部分由各种氧化物构成,由于这些氧化物多数是具有比较 宽的禁带(通常Eg)3ev),在常温下它们都是绝缘体,要使它们变为半 导体,需要一个半导化过程。一般来说,施主能级多数是靠近导带底部, 而受主能级多数是靠近价带顶部。因而它们的电离能一般都比较小,在 室温下,就可以受到热激发而产生载流子,从而形成半导体。形成附加 能级主要有两个途径,不含杂质的氧化物主要通过化学计量比偏离来形 成,而含杂质的氧化物,其附加能级的形成主要取决于杂质的种类、含 量及其在主体材料中的分布等因素有关。,绝缘化,绝缘化就在半导化的晶粒之间形在一层致密而绝缘化的晶界层,用 以

6、产生压敏电阻的电流一电压非线性特性和超高的介电性能.,添加半径较大的低价离子,使它们在烧结过程中偏析于晶界,形成受主型绝缘层因此在本实验中添加适量的锶来形成晶界势垒,形成绝缘化晶界层。 添加一些能对晶界势垒的形成有益的物质,如CuO和Mn02等,它们在烧结过程中会放出02,增加界面态密度,从而提高晶界势垒高度1371。,改善材料的压敏特性 从掺杂角度,通过掺杂改善材料的性能,压敏电压随锶含量的变化关系图,(Nb,Sr)掺杂的TiO2压敏电阻具有较低的压敏电压(711v/mm),而且随锶含量的增加,压敏电压逐渐升高。,rSr2+ rTi4+,烧结温度显著影响材料的性能,适当的烧结温度,可使晶粒生

7、长充分,并降低压敏电压、完善晶界的形成:过高的烧结温度会使晶粒过分长大,甚至出现晶粒异常长大的现象,导致晶界不稳定;过低的烧结温度不利于势垒的形成,压敏性能较差。同时适当的保温时间也是获得一定高度晶界势垒、形成具有良好压敏特性晶界的必备条件,不同烧结温度下压敏电压随锶含量的变化,不同烧结温度下非线性系数随锶含量的变化,不同烧结温度下漏电量随锶含量的变化,不同烧结温度下介电常数随锶含量的变化,烧结温度显著影响材料的性能,压敏电压随晶粒尺寸的变化的关系,压敏电阻阻值与晶界电阻率的关系,当晶粒电阻率由108 .m逐渐下降时,压敏电阻的总电阻也逐渐下降,并且表与晶界电阻率的变化趋势基本一致,这说明了压

8、敏电阻的阻值主要由晶界来承担。当晶界电阻率下降至105 .m时,曲 线5开始偏离曲线0,若取压敏电压V1mA=I0V,所对应的压敏电阻阻值为:R总=104。,此时晶界电阻率约为105 .m数量级,根据压敏电压的意义,可以认为这一范围即为发生电流一电压非线性特性较显著的范围。当电压大于压敏电压以后,晶界电阻率要进一步降低,但从曲线5来看,压敏电阻的总阻值不能再降低了,因而绝不可能表现出压敏效应。曲线4与曲线5表现出同样的现象,只是没有曲线5偏离得这么明显,出现偏现象的原因是因为晶粒电阻对压敏电阻总阻值的贡献开始增加。因而对于曲线5和曲线4的情形,不可能产生较明显的压敏效应。,分析,当晶粒电阻高时

9、不能出现明显的压敏效应,J.J.Cheng.EffectofPowdereharacteristiesoneleetricalProPertiesof(Ba,Bi,Nb)addedTIO:eeramiesJ.JaPaneseJ.APPI.Phys.Partl:47044710. 张卫,武明堂,刘辅宜.工艺和添加剂对TIO:功能陶瓷材料性能的影响【J.材料科学与工艺,1994,2(2):14一18 YangSengLu.Influeneeofsinteringtimeon(Ba,Bi,Nb)addedTIOZeeramievaristorJ.J.Mater.Sci.Lett.,1995,14(10):748一751. J.Pennewiss.VaristorsMadeFromTIOZPraeticabilityandLimitsJ.Mater.Lett.1990,9(5一6):219一226. 季惠明,等.Y系掺杂的Tio:压