氧化锡压敏陶瓷

氧化锡压敏陶瓷是90 年代中开始发展起来的一种新型压敏材料，也是近年来国际压敏材料的研究热点之一。根据本研究组的一些研究成果结合有关文献报道对国内外SnO2 压敏陶瓷材料研究发展现状作一个回顾与综述。分析了目前对氧化锡压敏陶瓷致密化研究、非线性V-I 特性研究、掺杂氧化物的种类、微观结构及导电机理的国内外研究现状和进展。指出目前绝大多数研究集中在掺杂氧化物及非线性系数的研究，而对漏电流、通流容量及稳定性等方面的研究还十分欠缺。氧化锡压敏陶瓷的实用化还有待于在这些领域的大量研究工作。    压敏陶瓷材料是指在某一特定电压范围内具有非线性V-I 特性、其电阻值随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。根据这种非线性V-I 特性，可以用这种半导体陶瓷材料制成非线性电阻器，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、过电压保护。由于压敏电阻器在保护电力设备安全、保障电子设备正常稳定工作方面有重要作用，且由于其造价低廉，制作方便，因此在航空、航天、电力、邮电、铁路、汽车和家用电器等领域获得广泛的应用。目前商品化的压敏电阻器来自ZnO 系、TiO2 系、SrTiO3 系和BaTiO3 系压敏陶瓷材料。其中性能好，应用最广的当属20 世纪60 年代末发展起来的ZnO 压敏电阻器。ZnO压敏电阻器是以ZnO为主晶相的半导体陶瓷，    一般还包括富铋晶间相和小颗粒状的尖晶石相。SnO2 是与ZnO 相类似的n 型半导体。在不掺杂的情况下不易烧结，内部呈多孔状。采用常规粉体制片工艺，经过高温烧结，通常只有理论密度的50%～60%左右，因而被广泛应用于气敏传感器和湿敏传感器。研究表明通过一些氧化物的掺杂可以改善SnO2 陶瓷得烧结性，得到接近SnO2 理论密度的陶瓷材料。这种致密的SnO2 为基的陶瓷材料可以用于制做压敏电阻。Pianaro 等首先于1995 年指出通过二价离子和五价离子的复合掺杂取代，可在SnO2 晶格内产生缺陷离子，从而得到结构单一的烧结密度高和压敏性能不错的SnO2 压敏陶瓷材料。    目前SnO2 压敏陶瓷仍然处于研制阶段，尚未见产品化的SnO2 压敏电阻面世，一些有关材料、电性能、工艺及理论问题还有待于解决。本文根据本研究组的一些研究结果结合有关文献报道对国内外SnO2 压敏陶瓷材料研究发展现状作一个回顾与综述。目前，国内工业ZnO 原料的价格约是2 万元/吨，工业SnO2 原料的价格要贵2～3 倍。SnO2 原料的价格制约着SnO2 压敏陶瓷的研制和发展。不过SnO2 压敏陶瓷的高电位梯度应能补偿价格带来的不利因素。         SnO2 压敏陶瓷是一种有潜力的新型压敏陶瓷材料。具有与ZnO压敏元件可比的高非线性V-I 特性和更高的电位梯度。以SnO2 晶粒为主晶相，具有相对单一晶相结构是SnO2 压敏陶瓷微观结构的特点。目前国内外的研究者已对SnO2 压敏陶瓷进行了大量的研究，然而绝大多数工作局限于对掺杂氧化物及非线性特性的研究，对漏电流、通流容量及稳定性等方面的研究还十分欠缺。氧化锡压敏陶瓷的实用化还有待于在这些领域的大量研究工作。