胡 彪

（貴州大學(xué),貴陽550025）

在社會和人類自身的發(fā)展以及文明的進程中各行各業(yè)的發(fā)展都是相互聯(lián)系的，進而共同推動著社會和人類的發(fā)展。物理學(xué)界是研究機械以及運動、能量等的領(lǐng)域，在現(xiàn)代社會物理學(xué)的發(fā)展伴隨著對光電領(lǐng)域研究的不斷深入細微，人類社會出現(xiàn)了集成電路、電子計算機等高科技產(chǎn)品。ZnO壓敏陶瓷是重要的利用物理學(xué)原理生產(chǎn)與制造時所用的一種電阻材料，其制造工藝簡單，同時造價低廉，成為了各種物理產(chǎn)品中人們所青睞的零部件材料。同時因其優(yōu)良的非線性、大的通流能力和快的響應(yīng)時間，ZnO壓敏陶瓷在機械制造和生產(chǎn)生活上正發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 對ZnO壓敏陶瓷的認識

1.1 Zn O壓敏陶瓷的物理性質(zhì)

不論對于任何事物的認識，我們多是從其物理性質(zhì)方面來研究的。對ZnO壓敏陶瓷的認識我們也必須先從其物理性質(zhì)方面介紹。ZnO壓敏陶瓷是一種用陶瓷制造工藝生產(chǎn)制造出的電阻產(chǎn)品。ZnO壓敏陶瓷所用的原料除了ZnO外還要用到少量的MnO等添加劑，而ZnO只作為主要的原料出現(xiàn)。人們用這些原料經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)最終形成了ZnO壓敏陶瓷。當然，不同的陶瓷制作工藝對ZnO壓敏陶瓷的產(chǎn)生和產(chǎn)品的性能會起到至關(guān)重要的影響。但工藝對陶瓷本身各方面性質(zhì)的影響不是我們在此所關(guān)注的，我們只有保證了一定的燒制條件方可以制造出符合用途的ZnO壓敏陶瓷材料。經(jīng)過各道嚴格的工序生產(chǎn)出的ZnO壓敏陶瓷擁有者和多別的材料無法比擬的優(yōu)良特性，比如其高度的非線性、大的通流能力和因低的電損耗而產(chǎn)生的快的響應(yīng)時間。這些性質(zhì)使其逐漸發(fā)展成為電力系統(tǒng)用避雷器、電子線路用壓敏電阻器和片式ZnO壓敏電阻器、防雷用浪涌抑制器等電力設(shè)備和電子元器件的核心材料。

1.2 Zn O壓敏陶瓷的化學(xué)性質(zhì)

對于ZnO壓敏陶瓷的化學(xué)結(jié)構(gòu)我們可以追溯到其制造工藝。由于ZnO壓敏陶瓷的主要成分是ZnO，但燒制過程中加入的鋅和氧的比例在不符合化學(xué)比例的情況下是會造成陶瓷內(nèi)部缺陷的，同時燒結(jié)過程中的混合過程也有可能使得陶瓷產(chǎn)生不符合化學(xué)比例的結(jié)構(gòu)缺陷。與此同時因為ZnO壓敏陶瓷中還混有MnO等添加劑，這就使得ZnO壓敏陶瓷的實物中除了其本征缺陷外還存在著不同化學(xué)物質(zhì)之間的晶粒與晶粒的晶界相的非本征缺陷。

以上兩點是我們分別從物理和化學(xué)性質(zhì)兩方面來認識了ZnO壓敏陶瓷，研究大電流沖擊對ZnO壓敏陶瓷老化方面的問題其實也就是研究大電流沖擊對其性質(zhì)改變方面的作用，找到了大電流沖擊對其內(nèi)部性質(zhì)的改變情況，我們也就能夠?qū)⒃摲N內(nèi)部改變與其各種使用特性（包括導(dǎo)電性能等）建立相應(yīng)的聯(lián)接。

2 研究大電流沖擊老化對ZnO壓敏陶瓷影響的實驗方法

研究大電流沖擊老化對ZnO壓敏陶瓷影響的實驗步驟是比較簡單的，在該步驟中有三種測量儀器是最重要的，也就是這三種測量儀器的使用組成了我們整個的實驗步驟。這三種儀器分別脈沖沖擊電流發(fā)生器、寬頻介電譜測試系統(tǒng)、X射線掃描電子顯微鏡。具體實驗方法是：先制造生產(chǎn)出符合使用要求的ZnO壓敏陶瓷，之后借助脈沖沖擊電流發(fā)生器對其進行電流的反復(fù)沖擊，在沖擊過程中我們隨時用寬頻介電譜測試系統(tǒng)測量并檢驗ZnO壓敏陶瓷的導(dǎo)電性能是否正常，同時借助X射線掃描電子顯微鏡對其結(jié)構(gòu)進行隨時的記錄。該大電壓電流經(jīng)過一定次數(shù)的沖擊以后，經(jīng)寬頻介電譜測試系統(tǒng)得到的介電性質(zhì)發(fā)生了改變，ZnO壓敏陶瓷的非線性瀕于崩潰。這時X射線掃描電子顯微鏡對其內(nèi)部變化特征進行詳細記錄和研究，此時即是ZnO壓敏陶瓷的老化時期。通過ZnO壓敏陶瓷老化前和老化后的各方面對比，我們從而得到實驗結(jié)果并可以解釋其老化原理。

3 大電流沖擊老化對ZnO壓敏陶瓷造成影響的幾個方面

3.1 大電流沖擊老化對Zn O壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的影響

ZnO壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)在老化前后的改變是最直觀的，同時也是研究者在實驗過程中通過X射線掃描電子顯微鏡的記錄結(jié)果最易首先觀察到的。人們經(jīng)過大量的實驗，在實驗中看到老化前ZnO壓敏陶瓷內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)一致性較好，致密度高，晶粒完整飽滿。老化后ZnO壓敏陶瓷晶粒特征幾乎不變，發(fā)生改變的可以說只有晶界處出現(xiàn)大量的孔洞，致密度下降，晶界處還有局部熔融的跡象。ZnO壓敏陶瓷的晶界改變伴隨了其介電性質(zhì)等的改變，所以我們也可以得出ZnO壓敏陶瓷的各項優(yōu)良的使用性能與其微觀結(jié)構(gòu)的晶界有關(guān)。

3.2 大電流沖擊老化對Zn O壓敏陶瓷電氣性質(zhì)的影響

ZnO壓敏陶瓷的電氣性質(zhì)即是其良好的非線性，也就是ZnO壓敏陶瓷之上的電壓與通過的電流不存在正比例的關(guān)系。這也是ZnO壓敏陶瓷能作為大量儀器和生產(chǎn)生活建筑工藝材料的原因。經(jīng)過大電流的沖擊老化的ZnO壓敏陶瓷的非線性性能則會消失。

3.3 大電流沖擊老化對Zn O壓敏陶瓷介電損耗的影響

研究表明ZnO壓敏陶瓷的介電損耗與ZnO壓敏陶瓷內(nèi)部的鋅填隙和氧空位的本征缺陷有關(guān)。經(jīng)過電流的沖擊老化，ZnO壓敏陶瓷的三個損耗峰的峰值曲線整體有所上移，但峰值的激活能幾乎不變。

除上面三點外，大電流沖擊老化還對ZnO壓敏陶瓷的電模量譜、電導(dǎo)率等產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語

ZnO壓敏陶瓷是一種重要的光電設(shè)備及科學(xué)材料，對其大電流沖擊老化的研究是我們更好地認識該材料的突破口。同時隨著我們對其性能認識的不斷提升，ZnO壓敏陶瓷對現(xiàn)代社會的發(fā)展也將做出越來越大的貢獻。

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