1.ZnO（电）压敏陶瓷

1967年日本首先发现了ZnO—B2O3陶瓷晶粒间的晶界具有非线性的电压—电流特性即伏安特性。这种ZnO系（电）压敏陶瓷可以制成具有很高的非线性I—V（伏安）特性，大电流和高能量承受能力的压敏电阻器，而且制造工艺简单，价格低廉，是传统的SiC压敏电阻所不能比拟的。

ZnO具有纤锌矿型晶体结构。在纤锌矿结构中，氧离子以六角密堆方式排列，锌离子占据了一半四面体的间隙位置，而且其排列关系与氧离子相同。事实上每个离子周围都不是严格四面体对称的，在C轴方向上，最近邻离子间距离要比其它三个离子之间的间距稍小一些。

ZnO压敏陶瓷，以ZnO为主要成分，同时还加入其它的金属氧化物，（100—x）ZnO+（Bi2O3+2Sb2O3+Co2O3+MnO2+Cr2O3）是目前生产中使用的典型组分之一。

将配制好的原料，采用一般的陶瓷工艺烧结成所需要的形状和大小，烧结温度一般在1200～1300℃。加电极之后测量ZnO压敏陶瓷的伏安特性如图5.8所示。图中，在大于Ib的某一电流范围内，其电流与电压的关系为：。由该式可知，I—V特性是非线性参数α和C值来决定的，C值也称为非线性电阻，单位是Ω。主要的电参数除非线性参数α、C外，还有①压敏电压V1mA，是指当压敏电阻器流过规定的直流电流时所产生的端电压（漏电流为1mA时的电压值）；②漏电流，是指在规定温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器的电流；③通流容量，是指在规定条件下，允许通过压敏电阻器的最大脉冲电流值。

图5.8　ZnO压敏陶瓷的伏安特性

ZnO半导体附近瓷的显微结构直接与陶瓷的组分和制造工艺相关。以上述典型组分为例，相组成随x值的不同而变化，当x=3时，非线性参数值最大，经过一定的烧结工艺制成的半导体陶瓷由下列四相组成：①溶解有少量Co和Mn的ZnO相；②溶解有Co、Mn和Cr的Zn，Sb2O12立方尖晶石相；③溶有Co、Mn和Cr的Zn2Bi3Sb3O14的立方焦绿石相；④富铋相，它包括溶有Zn、Sb的β—BiO3相和溶有Zn、Sb的δ—B2O3相。

关于ZnO压敏陶瓷的导电机理，普遍认为是由于某种结型效应所致。(www.daowen.com)

ZnO压敏电阻的应用十分广泛，现已成为家用电器、工业电子设备、通讯、汽车以及电力设备的过电压保护、稳压和浪涌电压吸收的主要元件。通用型ZnO压敏电阻器已比较成熟，需要开发小功率、小电压的压敏电阻材料，可用于集成电路的过电压保护；以及高能、高压压敏电阻器，如超高压输电系统的瞬态过电压保护。

2.电容—压敏复合功能材料

在电子电路中，往往需要将压敏电阻器与电容器并联，用于吸收浪涌电压、消除噪声等。因此，需要研制一种电容—压敏复合功能陶瓷材料。ZnO压敏电阻材料，虽然具有压敏效应，但介电系数小，损耗角tgδ大（=5～10%），缺乏大的电容量；此外，当压敏电压小于20V时，非线性常数很小（＜2），缺乏压敏效应的功能。

SrTiO3是钙钛矿型结构，它具有很高的静态电容，这种铁电陶瓷材料特别适于制作电容器。例如用SrTiO3系制成的边界层电容器，介电常数可高达5～6万，tgδ在1%以内。但非线性系数很小，缺乏压敏效应的功能。因此发展了利用SrTiO3系半民体陶瓷的晶界效应，电容器兼压敏电阻器的复合功能器件。

研制复合功能器件，首先要研制SrTiO3复合功能材料，可采用高纯TiO2和SrCO3合成SrTiO3，并辅以添加剂，如从Nb2O5、Ta2O5……中任取一种以上即可。其作用是降低晶粒电阻率；此外添加剂也可从CuO、CeO2、Na2O……中任取一种以上，其作用是提高非线性参数，改变压敏电压；第三种添加剂是从SiO2、MnO2……中任取一种以上，其作用是进一步提高非线性参数。四种组分按一定的比例混合，经过陶瓷工艺成型，在还原气氛中以1300～1480℃的温度，烧结1～5小时，使材料充分半导化，晶粒电阻率大约只有0.1Ω·cm，然后在900～1200℃下进行氧化处理，以便形成高阻的晶界层。这样就制得了电容—压敏复合功能陶瓷材料。这种复合功能材料具有压敏电压低；在3～120V之间；非线性参数大，在5～35V之间；电容量很大，在21～120nF之间。

复合功能半导体陶瓷的显微结构与烧成温度有关，如对含有Nb2O5和CuO的SrTiO3系材料，在N2+H2气氛中烧结，在1300℃下烧结样品的平均晶粒尺寸是30μm左右，在1430℃为85μm左右，在1470℃下为120μm左右。

SrTiO3系复合功能材料不仅可以吸收浪涌电流，而且可以消除噪声，已应用于微型电动机、电子电路、电动控制和计算机等方面。

SrTiO3系电容—压敏复合功能材料必须在高温还原气氛中烧结，后期还必须在高温下再进行一次热氧化处理，才能形成晶界高阻层，因而使SrTiO3系复合功能器件的成本较高。同时其耐浪涌能力差，易蜕变。因而又发展了TiO2系电容—压敏复合功能材料，其特点是电压较低时具有较大的非线性系数，而且耐浪涌能力强，不需要在还原气氛中烧结和进行高温热氧化处理，成本低廉。