EAK 压敏电阻

应用于电力系统的MOV目前主要有两大系列，它们都是以ZnO为主要成分再加人少量其他金属氧化物添加剂而构成的。添加剂为Bi,O:、Sb,O:、MnO₂和CoO,等构成的 MOV称为Bi系列:添加剂为Pr,0、Co,0、Mg0而不含B,0,或含量极少的MOV称为Pr系列(或称稀土系列)。添加剂除构成晶界相以外，还有控制晶粒生长、改善非线性、提高抗老化稳定性的作用。按照添加剂在形成高非线性MOV的作用，可以分成晶界主成分添加剂、非线性功能添加剂与稳定性功能添加剂。以上三类添加剂的适量加人是制造性能优良的 MOV最基本的条件。典型的Bi系MOV配方为(100-x)ZnO+x/6(Bi0:+2Sb,O+CozO:+MnOz+CrO:)，这个配方系最早是由日本松下公司给出的。典型的Pr系 MOV配方为(100-x)ZnO+x/5(Pr,0:+20o,0:+MgO+Bi,O:)，此配方系由日本富士公司最先给出的。据了解，我国目前生产的MOV均属Bi系。

两类 MOV 有相似的微观结构!.[2]，都是由主晶相与少量晶界相及气孔组成的多相多晶材料。其主晶相是固溶有某些添加剂离子的ZnO晶粒，晶界相以Bi或Pr 氧化物为主成分，有时有锌、锑化合物的尖晶石相。此外，不可避免地存在少量气孔。晶界相与气孔多存在于几个 ZnO晶粒交汇处。图1-1所示为 MOV 的微观结构。

ZnO晶粒属六方晶系，不含杂质结晶完整的ZnO晶体是高电阻材料，而MOV中的ZnO晶粒是N型半导体,电阻率在0.1~20'cm之间。ZnO晶粒的半导体化是在烧结过程中由以下两个原因形成的:

1. 在空气中烧结时，ZnO中的氧由于热的作用，分解出一部分，使原来满足化学计量比的氧和锌化合物(即氧原子与锌原子是等量的)变成氧不足、锌过剩的不完整晶格，的空位或跑到晶格间隙位置的锌是两种晶格缺陷，造成局部电价不平衡，出现自由电子，增大ZnO晶粒的电导率。

(2)添加剂中半径较小的离子在高温下固溶在ZnO晶粒中，三价离子替位时呈施主特性，一价离子替位时呈受主特性。MOV添加剂中常用的A1、Ga离子即为施主杂质，它们起促进ZnO晶粒半导体化的作用。

图1-1 MOV 的显微结构1-ZnO 晶粒;2-晶界相;3-电极

ZnO晶粒的大小受添加剂与烧成温度的影响，常用MOV的ZnO晶粒尺寸通常在10pm左右。晶粒与晶粒间的晶界相主要是由大半径离子氧化物构成的,因为大半径离子氧化物不能进人 ZnO晶粒中形成固溶体而偏析在晶界处。通过电子显微镜与电子探针的分析，很容易观察到Bi系MOV中晶界相富含各种结晶相的BiO:，Pr系MOV中晶界相则富含PrzO:。晶界结构的细节十分复杂,是压敏陶瓷发现至今一直不断研究的问题。

随着微观分析技术的发展,人们对晶界细微结构的认识愈来愈深人,图1-2示出了晶界结构的两种模型，图(a)说明ZnO晶粒为连续的晶界相所包围;图(b)中3区是富Bi相区，2区中富Bi晶界相已很薄,1区观察不到明显的晶界层，但可检测出Bi等添加剂离子的存在，其厚度为纳米数量级。晶界区也是富氧区，图1-3的分析结果可以证明这点。实测表明，晶界相在电性上是高电阻的。

添加剂中含有 Sb,O:时,ZnO与 Sb0:在高温下形成Zn,SbO,z结晶，这是一种面心立方的尖晶石结晶，常存在于ZnO晶粒界面处，阻碍Zn0晶粒的生长，含Sb,O,多的 MOV的 ZnO 晶粒就比较小。

气孔也是 MOV 微观结构的一个构成部分，理论上纯Zn0晶体的密度是5.78x10kg/m'，实际上 MOV 的密度为 5.3X10’~5.5x10`kg/m’，这表明了气孔的存在。气孔率对MOV的电性和导热性都有很大影响,气孔分布不均匀,电性和导热性也将不均匀。气孔分布均匀且气孔率低、密度高的MOV是质量良好的制品。

MOV的较佳制造工艺可用图1-4所示框图表示1制造工艺是保证MOV性能的非常重要方面，在常用的配方中，添加剂仅占重量的5%~10%左右，要使添加剂与ZnO均匀混合，添加剂的粒度应较细，有机成分与含量对混合浆料的均匀性也是至关重要的，而浆料的均匀性又是影响瓷体成分与结构均匀性的保证因素之一，喷雾造粒比手工所形成的团粒流动性好,在压制时可改善坏体密度与应力的均匀性。高温烧结是成资过程,烧结温度与保温时间等条件决定瓷体致密度、晶粒形状与大小和添加剂在晶粒与晶界的分布Bi系MOV的烧结温度在1200C左右，Pr系烧成温度要略高一些。降温过程是晶格缺陷杂质、氧等的再分布过程，也是晶相可能发生相变的过程。热处理是提高性能稳定的一种工艺手段，而其他性能，如非线性系数、泄漏电流、击穿电压等也与热处理温度和时间有密切关系。

MOV元件的两端表面必须制备有接触性能良好并导电良好的电极。常用的电极有喷铝电极及烧银电极两种,它们与瓷体表面的接触和导电性都决定于对电极制备工艺的控制MOV元件的侧面应有良好的绝缘保护,以避免过电压作用时发生沿面放电，也可隔绝潮湿空气的侵人，以免造成不利影响。侧面绝缘常用有机绝缘漆涂敷，也有用在高温下扩散某些氧化物添加剂进人MOV侧表面形成无机高阻层的方法。