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氧化鋅與壓敏陶瓷不得不說的故事!

氧化鋅是鋅的氧化物,是一種難溶于水、可溶于酸和強堿的白色固體,研究證明它是一種新型的技術材料,常被作為添加劑使用在多種材料和產品中,同時它還是少數幾種具有量子尺寸效應的半導體氧化物材料。

不過真正要發揮氧化鋅材料的優勢,首先要將其粉體的尺寸減小至納米級別,此時由于表面原子數與粒子總原子數的比值快速增大,會引起一連串物理化學性質變化的現象,導致氧化鋅能夠產生其本體塊狀材料所不具備的表面效應、小尺寸效應、量子效應等,從而具有優良的光活性、電活性、燒結活性和催化活性。這一新的物質狀態,賦予了氧化鋅這一古老產品在眾多領域表現出巨大的應用前景,比如說壓敏陶瓷就是其一。

陶瓷用氧化鋅


什么是壓敏陶瓷?

在了解壓敏陶瓷前,首先我們要先了解壓敏電阻。壓敏電阻是其自身電阻隨外加電壓增加呈典型非線性變化的電阻:當外加電壓小于其轉換電壓(即所謂壓敏電壓)時,其電阻極大;當外加電壓超過轉換電壓時,其內電阻會在極短的時間內變小,使其自身接近于導通狀態。在外場作用下,壓敏電阻的上述非線性電學特性可由非線性系數由α來表示。α可根據下式計算:


因此若將這樣的電阻以并聯方式與被保護電路相連接時,一旦電路中出現電壓過載,即電路中出現的浪涌電壓大于壓敏電壓時,壓敏電阻就可以將過載迅速旁路,從而避免過載對電路的損害。因此,壓敏電阻已經廣泛應用于各類家用電器、輸變電線路、汽車、避雷器(如下圖)等領域,防止各類電壓過載的損害,在保護電力設備安全、保障電子儀器正常穩定工作方面起著重要作用,是人類現代社會生活必不可少的安全保障。


避雷器是變電站被保護設備免遭雷電沖擊波襲擊的設備,會裝在需限制過電壓的地方,例如:變壓器高低壓側、線路進出線側、母線、電纜端頭、發電機出口、架空線路等地方

壓敏陶瓷是絕大多數壓敏電阻主體。理論上,通過燒銀等工藝將壓敏陶瓷兩對稱端面作導電化處理以形成端電極,就可以將其制成壓敏電阻。實際上,除了上面的處理工序外,商用壓敏電阻還需在端電極上焊接導電金屬引線。將除引線以外的整體壓敏電阻主體封裝在防水材料之中。


若過電壓引起的浪涌能量太大,超過了選的壓敏電阻器極限的承受能力,則壓敏電阻器在抑制過電壓時將會發生電阻燒壞的現象

工業用氧化鋅
氧化鋅在壓敏陶瓷中的地位

壓敏陶瓷主要由金屬氧化物制成,目前已開發成產品并大量應用的氧化物壓敏陶瓷材料有兩類:一類是氧化鋅壓敏陶瓷材料,其主晶相為氧化鋅;另一類是鈦酸鍶壓敏陶瓷材料,其主晶相為純鈦酸鍶或部分位和或位置換改性的鈦酸鍶。除了這兩種外,研究報道較多但至今未獲得工程應用的氧化物壓敏陶瓷材料還有:氧化鈦壓敏陶瓷、氧化錫壓敏陶瓷、氧化鎢陶瓷、鈦酸銅鈣陶瓷等。

其中,研究深入、應用范圍壓敏陶瓷是氧化鋅基壓敏陶瓷,是以氧化鋅為主要原料(大于原料重量比的90%),在此基礎上添加少量的氧化鉍、氧化銻、氧化鐠、氧化錳、氧化鈷、氧化鈮及其它稀土氧化物中的一種或幾種制成。由于氧化鋅壓敏陶瓷具有非線性系數高、浪涌吸收能力強、性能穩定、制造工藝簡便等許多突出的優點,現已廣泛應用于電力、交通、通訊、儀表、家電等各個行業作為浪涌吸收、過電壓抑制和穩電壓等器件。



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