材料表界面陶瓷表界面

1、無機(jī)(wj)非金屬材料表界面華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院共六十六頁透明陶瓷在照明方面(fngmin)的應(yīng)用 透明陶瓷在軍事上的應(yīng)用 氧化鋁 氧化釔、氟化鈣共六十六頁 當(dāng)避雷器在正常工作電壓下，流過避雷的電流僅是微安級，當(dāng)遭受(zoshu)過電壓時(shí)，避雷器優(yōu)異的非線特性發(fā)揮了作用，流過避雷器的電流達(dá)數(shù)千安培，避雷器處于導(dǎo)通狀態(tài)，釋放過電壓能量，從而防止了過電壓對輸變電設(shè)備的損害。 共六十六頁化學(xué)(huxu)鋼化玻璃化學(xué)鋼化玻璃是利用鈉鈣硅玻璃以離子交換的方法使其玻璃表面形成應(yīng)力層。 耐熱強(qiáng)度和一般物理鋼化相比，可提高耐熱溫度達(dá)150以上，使用溫度200 。耐沖擊強(qiáng)度約為物理鋼化玻璃的3倍?；瘜W(xué)

2、鋼化玻璃破裂(pli)后，不會變成顆粒狀，其破裂(pli)后的情形與普通玻璃一樣。共六十六頁主要研究內(nèi)容：1 表面/界面的組分、化學(xué)(huxu)態(tài)和結(jié)構(gòu)表面/界面組分和體內(nèi)組分有較大的差別;化學(xué)態(tài)的差異晶態(tài)和無定形的差別表面/界面作用的范圍2 表面/界面的表征SEM 可以觀察材料表面的形貌SIMS (二次離子質(zhì)譜)AES (俄歇電子能譜)XPS (光電子能譜)AFM (原子力顯微鏡) 共六十六頁3 表面/界面的物理性質(zhì)和反應(yīng)性力、聲、光、電、熱、磁學(xué)性質(zhì)-組成與結(jié)構(gòu) 化學(xué)反應(yīng)性4 表面和界面設(shè)計(jì) 材料性能-表面/界面結(jié)構(gòu) 表/界面結(jié)構(gòu)-組分(zfn)和制造過程 玻璃鍍膜 鈦酸鋇陶瓷共六十六頁幾

3、種常用(chn yn)表界面分析方法1 AES基本原理: 用一定能量的電子來轟擊樣品,使樣品的內(nèi)層電 子電離,產(chǎn)生俄歇電子。 俄歇電子從樣品的表 面逸出進(jìn)入真空 ,被收集和進(jìn)行分析.由于俄歇 電子具有特征能量,其特征能量主要是由原子的 種類確定,因此測試電子的能譜,可以進(jìn)行定性分 析定原子的種類; 在一定條件下,根據(jù)俄歇電子 信號的強(qiáng)度,可確定元素含量,進(jìn)行定量分析;而 根據(jù)俄歇電子能量峰的位移和 形狀的變化,可獲 得樣品表面化學(xué)態(tài)的信息。共六十六頁特點(diǎn):1 分析層薄 -能提供固體樣品表面0-3nm區(qū) 域薄層的成分信息.2 分析元素多-除了He,H,尤其是輕元素.3 分析區(qū)域小-50nm4 提

4、供元素的化學(xué)態(tài)5 測定深度成分分布的能力(nngl)6 定量靈敏度為0.1-1.0%, 精確度為30%左右共六十六頁定性分析: 實(shí)際分析的俄歇電子譜圖是樣品所含各元素(yun s)俄歇電子譜的組合。根據(jù)測試獲得的俄歇電子譜中峰的位置和形狀與手冊中提供的純元素(yun s)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對比來識別元素(yun s)的種類。 過程: 1)大概知道樣品的組分,然后進(jìn)行一一比對.在認(rèn)定峰 位時(shí),與標(biāo)準(zhǔn)圖譜值發(fā)生時(shí)電子伏特的位移是允許的; 2)分析某元素時(shí),會遇到該元素的某個峰的強(qiáng)度和形狀 發(fā)生異常,要考慮峰的重疊; 3)若還存在未歸屬的峰,考慮它們可能不是俄歇峰,可能 遇到一次電子能量損失峰等。共六十

5、六頁定量分析 1) 標(biāo)準(zhǔn)樣品法 Cx=Ix/Is 2) 相對(xingdu)靈敏度因子法 Cx=(Ix/Sx/Ii/Si) S為元素的靈敏度因子，可以從手冊中查到。共六十六頁2 XPS(x-ray photoelectron spectrscopy) 基本原理: 它用一定量的光電子束照射樣品, 使樣品原子中的 內(nèi)層電子以特定幾率電離,產(chǎn)生光電子,光電子從樣 品表面逸出進(jìn)入真空,被收集與分析。由于光電子具 有特征 能量，其特征能量主要由出射光電子的能量 和種類確定。因此，在一定的條件下，測量光電子 的能量，可以進(jìn)行定性分析，確定原子的種類；在 一定條件下，根據(jù)光電子能譜峰的位移和形狀(xngzh

6、un)的變 化，可以獲得表面元素的化學(xué)態(tài)信息；而根據(jù)光電子 號的強(qiáng)度，可半定量地分析元素的含量。 共六十六頁特點(diǎn)： 1 分析層薄。 0.52.0nm； 2 分析元素廣。 除H， He以外所有的元素； 3 用于樣品表面的各類物質(zhì)的化學(xué)態(tài)鑒別，能進(jìn) 行各 種元素的半定量分析； 4 具有測定深度-成分分布曲線的能力； 5 由于X射線不易聚集，其空間分辨力較差，分 析范圍在微米量級 ； 6 數(shù)據(jù)收集比較緩慢，對絕緣樣品有一個(y )充電效 應(yīng)的問題。共六十六頁定性分析： 實(shí)際樣品的光電子能譜圖是由樣品中所含元素譜圖的組合。根據(jù)對樣品進(jìn)行掃描獲得的光電子譜圖中峰的位置和形狀，與手冊中提供的純元素的標(biāo)準(zhǔn)圖

7、譜進(jìn)行對比，來識別(shbi)元素。 定性分析可以有譜儀上的計(jì)算機(jī)自動完成。但對某一些重疊和微量元素的弱峰，還需要通過人工分析進(jìn)一步來確定。定量分析： Cx=(Ix/Sx/Ii/Si) Cx為元素的原子分?jǐn)?shù)；Ii為樣品中元素i的光電子峰強(qiáng)度；Si為元素 i相對靈敏度因子。共六十六頁化學(xué)態(tài)分析： 元素形成不同的化學(xué)態(tài)時(shí)，其化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化(binhu)，將導(dǎo)致元素內(nèi)層電子結(jié)合能的變化(binhu)，在譜圖中產(chǎn)生峰的位移和某種峰形的變化(binhu)，而這種化學(xué)位移和峰形的變化(binhu)與元素化學(xué)態(tài)的關(guān)系是確定的。因此，可根據(jù)化學(xué)態(tài)分析，確定元素形成了那種化合物。共六十六頁3 SEM (sca

8、nning electronic microscope)共六十六頁4 AFM (atomic force microscope)共六十六頁5 SIMS (secondary ion-mass spectroscopy） 共六十六頁陶瓷材料表界面(jimin)共六十六頁 1 晶體表面結(jié)構(gòu) 幾種晶體表面： 理想表面 清潔(qngji)表面 實(shí)際表面 圖1 幾種(j zhn)典型表面結(jié)構(gòu)共六十六頁 1 表面(biomin)弛豫2 表面(biomin)重構(gòu)共六十六頁1 表面弛豫表面的點(diǎn)陣偏離體內(nèi)的晶胞(jn bo)常數(shù)，總 的晶胞常數(shù)不變； 產(chǎn)生表面電矩； 發(fā)生在垂直縱向； 多為離子晶體； NaCl晶

9、體 約有5個離子層。2 表面重構(gòu)與體內(nèi)完全不同，鍵長、鍵角、晶胞 常數(shù)增長發(fā)生在共價(jià)鍵和離子鍵混合 型半導(dǎo)體材料。問題：表面馳豫對無機(jī)氧化物超細(xì)粉體產(chǎn)生 什么影響？共六十六頁2 晶界 晶界分類(fn li)： a) 小角度晶界 取向角為2-3 共六十六頁1）小角度晶界可以看成一系列刃位錯 排列而成；2）為了填補(bǔ)相鄰兩個晶粒取向之間的偏差，每 隔幾 行就插入(ch r)一片原子;3）如果原子間距為b， 為晶界角，h=b/ ， h為 位錯間距。 圖2 小角度(jiod)晶界共六十六頁b) 大角度晶界 圖3 大角度晶界 根據(jù)(gnj)晶界的排列方式，假如兩相鄰的晶粒，在某些方向上，共有部分晶格位置形

10、成共格晶界，在這種共格晶界兩邊的原子，作鏡向?qū)ΨQ排列，這就是雙晶。共六十六頁c) 連貫晶界 1）晶體結(jié)構(gòu)相似 2）方向相似 3）界面上的原子連續(xù)越過邊界 Mg(OH)2 MgOd) 半連貫晶界 當(dāng)晶界處二個類型的晶粒，晶面間距分別為C1和C2， =C2C1/C1， 稱為不相適配度。C1不同于C2，為了保持晶面的連續(xù)，必須其中一相或兩相發(fā)生彈性應(yīng)變，或通過引入位錯。位錯附近形成(xngchng)局部晶格畸變，能量隨之增加。共六十六頁 C1 C2 應(yīng)變(yngbin)能ba a 連貫(lingun)晶界, b 半連貫晶界共六十六頁 e) 不連貫晶界 晶體結(jié)構(gòu)相差很大，或是(hu sh)晶體結(jié)構(gòu)相同

11、，但取向相差很大的晶粒之間形成的晶界。大多數(shù)陶瓷為不連貫晶界結(jié)構(gòu)。 共六十六頁 3 晶界構(gòu)形 在多晶聚集體中，三個晶粒之間的夾角(ji jio)由晶界能數(shù)值決定的。 23Sin1= 32Sin2= 13Sin3 為晶界界面能,1 、 2、3分別為二晶粒間的二面角。 1）充塞空間條件； 2）自由能極小條件。 摻雜可以改變晶界構(gòu)形共六十六頁 晶界區(qū)的過量自由體積， 使該區(qū)原子(yunz)密度較疏松，有時(shí)僅為粒內(nèi)密度的7O。 從相中生成(shn chn)相Fe2O3多發(fā)生在晶界處共六十六頁4 晶界應(yīng)力產(chǎn)生原因(yunyn)：1）不同物質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，在冷 卻過程中生應(yīng)力； 2）同一物質(zhì)同物相，由于

12、膨脹系數(shù) 各向異性，在冷卻過程也會產(chǎn)生應(yīng) 力。a 高溫下 b 冷卻(lngqu)后平衡 c 應(yīng)力下共六十六頁 二相材料的彈性模量E1和E2，泊松比1 和2 ，膨脹系數(shù)1 和2 ，假設(shè)E1=E2， 1= 2 ， = 2 1 二相的熱應(yīng)變2- 1= . T 晶界單位面積上剪切應(yīng)力 =K Td/L K是一個(y )有E、 、V等有關(guān)常量，d越大，剪切應(yīng)力越大。老化；擴(kuò)散相變；晶界偏析；某些二相共存.共六十六頁5 晶界電位及空間電荷 1） 在熱運(yùn)動的情況下，在晶體(jngt)表面或晶界處 有過剩的同種離子，使其帶有正電荷或負(fù) 電荷； 2）由于電中性的需要，在表面或晶界附近有 異號的空間電荷云，抵消該晶

13、界處的電荷； 3）晶界電荷使晶界處有靜電位； 4）晶界電荷與空間電荷相拌相生。共六十六頁以 NaCl晶體為例， NaNa=Na. 晶界+VNa ClCl=Cl晶界+VCl 在晶體內(nèi)部，生成陽離子和陰離子空位濃度由有效電荷Z和生成內(nèi)能有關(guān)。 VM=exp-gVM+Ze/KT VX=exp-gVX-Ze/KT 對于NaCl， gVM=0.65(eV), gVX=1.2(eV),即內(nèi)部易形成(xngchng)陽離子空位，使晶界處Na+ 濃度增加，晶界處帶正電荷。 晶界電位隨著摻雜離子不同，電位符號可以改變。假如在NaCl摻雜CaCl2, 晶界電位從正變負(fù)。共六十六頁 圖4 晶界空間電荷及帶電(di

14、din)缺陷濃度 共六十六頁6 晶界的溶質(zhì)偏析 用現(xiàn)代分析手段證明了在晶界處某一物質(zhì)濃度高于晶粒內(nèi)部。 原因1：晶粒內(nèi)部總是存在或多或少的雜質(zhì)離予， 但是環(huán)繞雜質(zhì)的彈性應(yīng)變(yngbin)場較強(qiáng)，而晶界區(qū)由于開放結(jié)構(gòu)及弱彈性應(yīng)變(yngbin)場，因此在適當(dāng)?shù)母邷叵码s質(zhì)將從晶粒內(nèi)部向晶界擴(kuò)散，導(dǎo)致偏析以降低應(yīng)變(yngbin)能。 原因2：是晶界電荷的作用。例如MgO飽和的A1203，晶界電荷符號為正，引起化合價(jià)比Al3+低的Mg2+的偏析，以降低靜電勢。共六十六頁 原因3：固溶界限， 當(dāng)溫度降低時(shí)，溶質(zhì)在晶格中的固溶度降低， 偏析量也隨之增加，一般(ybn)氧化物固溶體中固溶熱都較大， 固溶

15、界限就較低，易引起溶質(zhì)偏析。 當(dāng)基質(zhì)中存在幾種雜質(zhì)時(shí)，離予半徑與基質(zhì)相差大的元素將先偏析。 共六十六頁 雜質(zhì)進(jìn)入晶格內(nèi)通常將增大晶體的自由能，因此在重結(jié)晶時(shí)這類雜質(zhì)離子將從晶體顆粒內(nèi)排除， 通過多步結(jié)晶，雜質(zhì)濃度可大為降低。陶瓷在燒結(jié)過程中，伴隨晶粒生長和重結(jié)晶會使晶粒純化并使雜質(zhì)排向晶界區(qū)，有時(shí)晶粒內(nèi)部雜質(zhì)為50-100ppm， 而晶界雜質(zhì)達(dá)5原子， 即大5001000倍，說明(shumng)晶界的吸雜作用。 共六十六頁7 功能(gngnng)陶瓷設(shè)計(jì)中晶界的作用a) BaTiO3PTC陶瓷 圖5 BaTiO3單晶和陶瓷溫度(wnd)與電阻的關(guān)系 共六十六頁1）BaTiO3熱敏電阻（PTC-

16、positive temperature coeffience） 在工作溫度范圍內(nèi)，阻值隨著溫度地升高而增加地?zé)崦綦娮杵鞣Q為正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡稱PTC元件。PTC元件在達(dá)到一個特定的溫度前，電阻值隨溫度變化和緩慢，當(dāng)超過這個溫度時(shí)，阻值劇增，發(fā)生阻值劇增變化的這點(diǎn)溫度稱居里點(diǎn)溫度，是PTC元件的主要(zhyo)技術(shù)指標(biāo)之一?；咎匦院蛻?yīng)用：A 電阻溫度特性：表示PTC電阻（取對數(shù)）與溫度的關(guān)系。 緩慢型（補(bǔ)償型或A型）：PTC元件具有一般的線性阻溫特性，其溫度系數(shù)在（38）/，可廣泛的應(yīng)用于溫度補(bǔ)償、溫度測量、溫度控制、晶體管過流保護(hù)。 開關(guān)型（B型）：又稱臨界PTC元件,在溫度達(dá)到居里點(diǎn)

17、后，其阻值急劇上升，溫度系數(shù)可達(dá)（1560）/以上，可用于晶體管電路以及電動機(jī)、線圈的過流保護(hù)。電動機(jī)及變壓器的電流控制。各種電路設(shè)備的溫度控制和控制、溫度報(bào)警及恒溫發(fā)熱體等。 共六十六頁 B 伏安特性（靜態(tài)特性）： 它表示當(dāng)PTC元件施加電壓后，因本身的自熱功能，所產(chǎn)生 內(nèi)熱和外熱達(dá)到平衡后電壓和電流的關(guān)系。電流增加到最大，元件 表面溫度也增加到最大，元件自動調(diào)節(jié)溫度，所以PTC元件可以 作為恒溫加熱元件，如保溫器、電熱器和恒溫槽等。 C 電流時(shí)間特性： 表示PTC元件的自熱和外部熱耗散達(dá)到平衡之前的電流與時(shí)間的 關(guān)系。在PTC元件施加某一電壓的瞬間，由于初值較小，電流迅速 上升；隨著(su

18、 zhe)時(shí)間的推移，因PTC元件的自熱功能，進(jìn)入正溫電阻特性 區(qū)域，阻值急劇增加，電流大幅下降，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)、電流達(dá) 到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間取決于PTC元件的熱容量、熱耗散系數(shù)和外加電壓 等。根據(jù)PTC的這種特性，可廣泛的應(yīng)用于電機(jī)啟動、繼電器接點(diǎn)保 護(hù)、定時(shí)器、彩色電視機(jī)自動消磁等。 共六十六頁2）產(chǎn)生PTC效應(yīng)的途徑 晶粒半導(dǎo)化，晶界適當(dāng)絕緣化。 晶界適當(dāng)絕緣化是通過氧化氣氛下燒結(jié)； 晶粒半導(dǎo)化通過以下兩個途徑：摻雜： La3+、Ce4+、Sm3+、Dy3+、Y3+、Sb3+、Bi3+替代Ba2+,替代 的原則半徑相近(xin jn)，電價(jià)高于Ba2+。 Nb5+、Ta5+、W6+置換 T

19、i4+ 。使BaTiO3中分別出現(xiàn)Me3+和Me5+，由于電荷中性的 要求，BaTiO3中易變價(jià)的Ti4+一部分變成Ti3+,Ti4+,e， 因被Ti4+俘獲的電子處于亞穩(wěn)態(tài)，在受熱和電場激勵時(shí)， 如同半導(dǎo)體的施主起到載流子的作用，因而使BaTiO3具有 半導(dǎo)性。 強(qiáng)制還原： 強(qiáng)制還原是為了BaTiO3偏離化學(xué)計(jì)量，但是容易使得晶粒半 導(dǎo)體化同時(shí)，晶界也要半導(dǎo)化。共六十六頁 3）晶界結(jié)構(gòu)與PTC效應(yīng) Hayashi利用異常長大的大晶粒，測定其晶界的PTC效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)相干程度高的晶界（小角度晶界、雙晶晶界）PTC效應(yīng)極微或無，而混亂或無序晶界則有PTC效應(yīng)或較大。因?yàn)闊o序的晶界區(qū)有利于O2-的擴(kuò)散

20、進(jìn)入或吸附，或雜質(zhì)偏析，促進(jìn)(cjn)PTC效應(yīng)產(chǎn)生。共六十六頁4) BaTiO3熱敏陶瓷的制備 BaTiO3半導(dǎo)瓷的制作工藝的關(guān)鍵是原料配方和燒成工藝, 。原料配方要求非常精確，摻雜量以克為單位需精確到小數(shù)點(diǎn)后34位數(shù)。燒成溫度也需精確到1，升降溫速度也有嚴(yán)格要求。 工藝路線： BaCO3 + TiO2 振動磨粉碎預(yù)燒BaTiO3粉體 BaTiO3粉體+摻雜元素振動磨混合(hnh)干燥過篩造粒拌和粘結(jié)劑成型燒成 鍍電極工藝： 研磨表面脫污敏化活化預(yù)鍍鍍鎳烘干鍍銀烘銀磨邊緣檢測 共六十六頁5) 影響B(tài)aTiO3陶瓷性能的因素 a) Tc（居里點(diǎn)溫度）的確定 不同的PTC熱敏陶瓷對Tc或Tb（開

21、關(guān)溫度）有不同的要求。 BaTiO3的Tc為120 。 PbTiO3的Tc為510 SrTiO3的Tc為-163 SnO2取代部分TiO2，也可使Tc向低于120的方向移動。 b) 添加劑 通過添加施主離子(lz)，來改變BaTiO3的電阻或其它性能。 共六十六頁 Y2O3添加劑對BaTiO3-T曲線(qxin)的影響共六十六頁c) 燒成制度 在 BaTiO3熱敏陶瓷燒成過程中，升溫、降溫(jing wn)速率以及保溫時(shí)PTC效 應(yīng)和室溫電阻率影響很大。表2 保溫(bown)時(shí)間與室溫電阻率 表3 冷卻速度與室溫電阻率共六十六頁晶粒 / cm圖9 晶粒內(nèi)的-t關(guān)系（a)與單個晶界的-t關(guān)系（不

22、同(b tn)冷卻速率）(b)共六十六頁 燒結(jié)(shoji)溫度對BaTiO3-T曲線的影響共六十六頁7) BaTiO3陶瓷研究熱點(diǎn) a) 表面態(tài)的研究 表面態(tài)中，陽離子空位是以Ba空位還是以Ti空位占主導(dǎo)，存在分歧。 表面態(tài)結(jié)構(gòu)中另一個有意義缺陷結(jié)構(gòu)是氧空位結(jié)構(gòu)和氧吸附問題：由于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的特殊性，在八面體中氧離子更易于晶格互換，通過對擴(kuò)散過程的研究認(rèn)為氧空位有比鋇空位更高的擴(kuò)散系統(tǒng)。 b) 低阻化研究 主要用于汽車、通訊、馬達(dá)啟動器等，目前全部(qunb)依賴于進(jìn)口。 共六十六頁 晶界層狀氧吸附(xf)模型示意圖8 BaTiO3陶瓷(toc)PTC特性的機(jī)理 Heywang-Jonker-

23、Daniels理論 （1）Heywang 晶界勢壘共六十六頁（2) Jonker 晶界存在非平衡氧化還原反應(yīng)。 在Tc以下(yxi)，BaTiO3鐵電疇在晶界上形成正負(fù)相間的界面電荷，晶界上原來俘獲的空間電荷補(bǔ)償界面電荷，使得晶界勢壘大幅度降低，居里點(diǎn)溫度以下電阻下降。（3）Daniels 晶粒是n型半導(dǎo)體，晶界是絕緣體，在晶界附近形成NIN結(jié)構(gòu)。絕緣層的厚度取決于冷卻過程中的氧化還原條件。共六十六頁b) 邊界層電容器(BL電容器) 陶瓷邊界層電容器的顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是晶粒呈半導(dǎo)性，而晶界為高阻絕緣層，整個結(jié)構(gòu)相當(dāng)于許多電容器串聯(lián)和并聯(lián)?；蛘哒f由于半導(dǎo)晶粒和絕緣晶界層間的空間電荷極化，造成非常(f

24、ichng)大的表觀(104-105 ). 制造工藝：先在BaTiO3(或BaSrTiO3)中進(jìn)行半導(dǎo)摻雜(用Nb、Y、La、Dy)，第一次燒成使形成n型半導(dǎo)晶粒(n)，然后在瓷表面涂上高溫下形成玻璃相的氧化物(Pb、Bi、B的氧化物)進(jìn)行二次燒成，液相將擴(kuò)散進(jìn)入晶界形成晶界絕緣層(i)、構(gòu)成所謂nin結(jié)構(gòu)。 共六十六頁c) ZnO壓敏陶瓷 ZnO壓敏陶瓷是以ZnO為主體(zht)，添加若干其它氧化物改性的燒結(jié)體。氧化物添加劑除少量與ZnO固溶外，主要在ZnO晶粒之間形成晶界，由于晶界的存在，使其V一I曲線具有優(yōu)良的非歐姆性能和大的耐浪涌能力。晶界行為與VI非線性 肖特基勢壘的形成是使ZnO壓

25、敏電阻產(chǎn)生伏安非線性的關(guān)鍵，晶界處的受主態(tài)對施主載流子的俘獲是伏安非線性的微觀起源。施主來源于ZnO晶粒，而受主來源于鋅離子空位和富鉍層，界面態(tài)俘獲的電子在晶界層聚集，從而使中性的晶粒表面失去電子而帶正電。晶粒內(nèi)部的自由電子因熱運(yùn)動而傳輸至表面以滿足表面的電中性，又因熱激發(fā)而進(jìn)入晶界為受主態(tài)所俘獲，使表面進(jìn)一步正電化。這一過程一直進(jìn)行到晶粒表層的自由電子耗盡，形成一個幾乎由純正電離子構(gòu)成的厚約為10100nm耗盡層，這使得nZnO能帶向上彎曲，構(gòu)成肖特基勢壘。 ZnO壓敏電阻的非線性特性正是由多晶陶瓷燒結(jié)體的這種晶界靜電勢壘所控制。ZnO晶粒體積電阻率為10-210-3 m，而晶界體積電阻率為

26、108 m。共六十六頁 雙肖特基勢壘模型(mxng)示意圖共六十六頁 壓敏陶瓷的性質(zhì)1 非線性系數(shù)非線性系數(shù)可用I-U關(guān)系進(jìn)行描述，壓敏電阻的I-U關(guān)系可表達(dá)為經(jīng)驗(yàn)公式： I=（U/C）式中即為非線性系數(shù)，當(dāng)=1，是線性電阻器（歐姆器件），當(dāng)=，是非線性最強(qiáng)的變阻器。C稱材料常數(shù)，其值在一定電流范圍內(nèi)為一常數(shù)，=1時(shí)，C值同電阻值R對應(yīng)。C值大的壓敏電阻，在一定電流下對流下對應(yīng)的電壓，有時(shí)稱C值為非線性電阻值。通常把流過1mA/cm2電流時(shí)電流通路上每毫米長度上的電壓降定義為壓敏材料的C值。ZnO的CZnO值在20-300V/mm之間，可以通過改變成分和制造工藝來調(diào)整C值，以適應(yīng)不同工作電壓的

27、需要。和C值是確定擊穿(j chun)區(qū)I-C特性的參數(shù)。 共六十六頁2 壓敏電壓 壓敏電壓是值當(dāng)壓敏電阻的電壓值處于該電壓以上時(shí)的電壓，即進(jìn)入高值的I-U特性區(qū)擊穿區(qū)。對于不同的壓敏電阻器，值達(dá)到最大時(shí)的電壓不同。取1mA電流對應(yīng)的電壓作為I隨U陡峭上升的電壓大小的標(biāo)志，把此電壓（U1mA）稱為壓敏電阻器的壓敏電壓。3 漏電流 壓敏電阻器在進(jìn)入擊穿區(qū)之前工作時(shí)，通過壓敏電阻器的電流成為漏電流。它是描述預(yù)擊穿區(qū)I-U特性的參數(shù)。對于ZnO壓敏陶瓷電阻器來講，預(yù)擊穿區(qū)在1mA以下(yxi)I-U特性曲線部分，漏電流的大小與電壓、溫度有關(guān)，電壓、溫度升高都會使漏電流加大。共六十六頁氧化鋅壓敏陶瓷生產(chǎn)方法1配方 (100 x)ZnO+x6(Bi2O3+2Sb2O3+Co203+Mn02+Cr203) 研究認(rèn)為: Bi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnO2、Cr2O3等構(gòu)成ZnO壓敏陶瓷的基本晶界結(jié)構(gòu)，是構(gòu)成型添加劑。2生產(chǎn)工藝 氧化鋅壓敏陶瓷的制備工藝和一般的陶瓷制備工