压敏电阻器技术的发展与应用

摘 要：本文阐述了压敏电阻的发展及应用领域的拓展，分析压敏电阻存在的高压型压敏电阻与高能型压敏电阻应用上的“死区”，探讨了添加纳米材料提高氧化锌压敏电阻电压梯度、非线性系数和能量密度。 关键词：氧化锌压敏电阻 发展 应用 研制开发

1 氧化锌压敏电阻的发展

1967年7月，日本松下电器公司无线电实验室的松冈道雄在研究金属电极—氧化锌陶瓷界面时，无意中发现氧化锌（ZnO）加氧化铋（Bi2O3）复合陶瓷具有非线性的伏安特性。进一步实验又发现，如果在以上二元系陶瓷中再加微量的三氧化二锑（Sb2O3）、三氧化二钴（Co2O3）、二氧化锰（MnO2）、三氧化二铬(Cr2O3)等多种氧化物，这种复合陶瓷的非线性系数可以达到50左右，伏安特性类似两只反并联的齐纳二极管，通流能力不亚于碳化硅（SiC）材料，临界击穿电压可以通过改变元件尺寸方便地加以调节，而且这种性能优异的压敏元件通过简单的陶瓷工艺就能制造出来，其性能价格比极高。

1.1 理论研究

1972年美国通用电气公司（GE）购买了日本松下电器公司有关氧化锌压敏材料的大部分专利和技术决窍。自从美国掌握了氧化锌压敏陶瓷的制造技术以后，大规模地进行了这种陶瓷材料的基础研究工作。自80年代起，对氧化锌压敏陶瓷材料的研究逐渐走进了企业。迄今为止，主要的理论研究工作都是在美国完成的。主要的研究课题有：

(1) 以解释宏观电性为目的的导电模型的微观结构的研究（70～80年代）；

(2) 以材料与产品开发为目的的配方机理和烧结工艺的研究（70～80年代）；

(3) 氧化锌压敏陶瓷材料非线性网络拓扑模型的研究（80～90年代）；

(4) 氧化锌压敏陶瓷复合粉体的制备研究（80～90年代）；

(5) 纳米材料在氧化锌压敏陶瓷中的应用研究（90年代）。

1.2 研制开发

70年代末到80年代，基础理论研究取得了重大进展。据不完全统计，截止到1998年，公开发表的论文和专利说明书等累计达700多篇，其中有关基础研究的约占一半。在基础研究的推动下，80～90年代，压敏陶瓷的材料开发速度大大加快，目前已取得的成果有：

(1) 氧化锌压敏陶瓷的电压梯度已从最初的150V/mm扩散到（20～250）V/mm几十个系列，从集成电路到高压、超高压输电系统都可以使用；

(2) 开发出大尺寸元件，直径达120mm,2ms方波，冲击电流达到1200A，能量容量平均可达300J/cm3左右；

(3) 汽车用（85～120）℃工作温度下的高能元件；

(4) 视在介电常数小于500的高频元件；

(5) 压敏—电容双功能电磁兼容（EMC）元件；

(6) 毫秒级三角波、能量密度750J/cm3以上的低压高能元件；

(7) 老化特性好、电容量大、陡波响应快的无铋（Bi）系氧化锌压敏元件；