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第一篇 氧化锌压敏陶瓷基础理论和电气性能 3

第1章 氧化锌压敏陶瓷基础理论 3

1.1 概述 3

1.1.1 氧化锌压敏电阻的演变历史与发展 3

1.1.2 氧化锌压敏陶瓷的制备方法 4

1.1.3 应用领域的拓展 6

1.2 氧化锌压敏陶瓷的物理化学和显微结构 8

1.2.1 氧化锌压敏陶瓷产生压敏性的物理基础 8

1.2.2 氧化锌压敏陶瓷产生压敏性的化学基础 9

1.2.3 氧化锌压敏陶瓷产生压敏性的显微结构 10

1.3 氧化锌压敏陶瓷显微结构中的物相 12

1.3.1 主晶相——氧化锌晶粒 12

1.3.2 晶界层 13

1.3.3 晶界层含有的物相 15

1.4 晶界势垒与导电机理 15

1.4.1 导电机理需要解释的基本现象 15

1.4.2 不同电场区域具有代表性的导电理论模型 16

1.4.3 耗尽层 25

1.4.4 块体模型 27

1.4.5 压敏电阻的等价电路 27

1.5 晶界势垒的形成 28

1.5.1 晶界势垒的形成与烧成冷却过程的关系 28

1.5.2 晶界势垒与添加剂的关系 31

1.6 氧化锌压敏陶瓷的晶界势垒高度和宽度 35

1.6.1 漏电流与温度的关系 35

1.6.2 漏电流与归一化电压的关系及其对耗尽区宽度的估计 37

参考文献 40

第2章 氧化锌压敏陶瓷的电气性能与测试方法 43

2.1 电压-电流特性 43

2.1.1 全电压-电流特性 43

2.1.2 小电流区的交流和直流电压电流特性 45

2.1.3 温度特性 46

2.1.4 几何效应 46

2.2 介电特性及损耗机理的研究 47

2.2.1 氧化锌压敏陶瓷材料的介电谱 49

2.2.2 阻性电流与电容和压敏电压乘积的关系 54

2.2.3 介电特性与显微结构的关系理论探讨 54

2.2.4 阻性电流与荷电率的关系 56

2.3 响应特性 56

2.3.1 响应现象 56

2.3.2 等值电路与响应特性的微观机理 59

2.4 耐受能量冲击特性 60

2.4.1 能量吸收能力 60

2.4.2 压敏电阻的可靠性 63

2.4.3 失效模式 72

2.5 寿命及其预测 72

2.6 氧化锌压敏陶瓷蜕变机理的实际研究 76

2.6.1 氧化锌压敏陶瓷经受电流冲击后伏安特性蜕变规律的实际测试研究 76

2.6.2 利用热刺激电流对氧化锌压敏陶瓷蜕变机理的研究 83

2.6.3 氧化锌压敏陶瓷体内冲击时受热过程的研究 89

2.6.4 晶界温升梯度对界面态的影响 91

2.6.5 氧化锌压敏陶瓷遭受冲击时的蜕变机理 94

参考文献 100

第3章 氧化锌压敏陶瓷的烧结原理及压敏功能结构的形成 103

3.1 液相烧结与固相烧结 103

3.1.1 氧化锌压敏陶瓷的烧结特点 103

3.1.2 液相的形成 104

3.1.3 液相传质 105

3.1.4 晶界相的分布 107

3.2 致密化过程 109

3.2.1 坯体的致密化规律 111

3.2.2 影响致密化的因素 111

3.2.3 致密化理论分析 113

3.3 ZnO-Bi2O3二元系统陶瓷的形成机理 115

3.3.1 ZnO-Bi2O3二元系统相图 115

3.3.2 ZnO-Bi2O3二元系统的烧成收缩和重量损失 116

3.3.3 ZnO-Bi2O3二元系统的晶粒尺寸和气孔 118

3.4 其他二元和三元系统的形成机理 120

3.4.1 二元系统 120

3.4.2 三元和多元系统 122

3.5 典型多元氧化锌压敏陶瓷形成机理的基础研究 126

3.5.1 晶相组成与相间反应 126

3.5.2 晶相共生关系的分析 131

3.5.3 添加剂的作用 134

3.5.4 实际应用性研究 134

3.6 晶粒中的次晶界 143

3.6.1 氧化锌晶粒中的次晶界现象 143

3.6.2 影响次晶界的因素 144

3.6.3 次晶界的形成机制 145

3.6.4 次晶界和主晶界对电气性能的影响 149

3.7 对氧化锌压敏陶瓷晶界相研究的最新进展 153

参考文献 159

第4章 氧化锌压敏陶瓷的热处理效应和高温热释电现象 161

4.1 氧化锌压敏陶瓷的热处理效应 161

4.1.1 热处理工艺对氧化锌压敏陶瓷性能的影响 162

4.1.2 热处理气氛对氧化锌压敏陶瓷性能的影响 165

4.1.3 氧在氧化锌压敏陶瓷体中扩散重要性的实验证明 167

4.1.4 热处理对氧化锌陶瓷压敏性能长期稳定性及对交流漏电流两种分量的影响 169

4.1.5 氧化锌压敏电阻热处理机理的理论分析 181

4.2 高温热释电现象 189

4.2.1 Bi2O3系和Pr2O3系氧化锌压敏陶瓷材料的高温热释电现象 190

4.2.2 升温对氧化锌压敏陶瓷材料的高温热释电电流的影响 190

4.2.3 热历史对Bi2O3系和Pr2O3系氧化锌压敏陶瓷材料的高温热释电I-T曲线的影响 191

4.2.4 氧化锌压敏陶瓷材料的高温热释电现象的分析讨论 192

参考文献 194

第二篇 氧化锌压敏陶瓷电阻片制造工艺 199

第5章 氧化压敏陶瓷制造用原材料及其质量控制 199

5.1 氧化锌 199

5.1.1 氧化锌的一般性质 199

5.1.2 氧化锌的半导体性质 200

5.1.3 氧化锌的制造方法 201

5.1.4 氧化锌在氧化锌压敏陶瓷的作用、选择与质量控制 202

5.2 添加物原料 206

5.2.1 常用添加物原物原料的一般理化性能 206

5.2.2 添加物原料的热性能 207

5.2.3 添加物原料的X射线衍射分析 212

5.2.4 添加物原料的pH、粒度分布与颗粒形貌 214

5.2.5 添加物原料的作用 220

5.2.6 添加物原料的技术要求与质量控制 223

5.3 有机原材料 227

5.3.1 聚乙烯醇 227

5.3.2 分散剂 232

5.3.3 消泡剂 238

5.3.4 润滑剂 239

5.3.5 陶瓷粉体成型专用润滑剂 240

5.3.6 多功能有机综合添加剂 241

5.3.7 增塑剂 242

5.3.8 乙基纤维素 243

5.3.9 三氯乙烯 243

5.4 其他材料 243

参考文献 248

第6章 氧化锌避雷器陶瓷电阻片的制造工艺 249

6.1 氧化锌陶瓷压敏电阻配方与工艺设计原则 249

6.1.1 根据用途设计配方 249

6.1.2 根据添加物的作用选择不同添加物成分及添加量 249

6.1.3 配方与制造工艺的配合 265

6.1.4 典型的避雷器用氧化锌压敏电阻片的生产工艺流程与工艺装备 271

6.2 添加剂原料的细化处理与氧化锌混合粉料的制备 272

6.2.1 添加剂配料与细化处理 272

6.2.2 添加剂细磨粒度对压敏电阻器主要电气性能的影响 279

6.2.3 制备氧化锌与添加剂混合浆料的胶体物理化学基础 281

6.3 氧化锌与添加剂混合喷雾造粒粉料的制备 287

6.3.1 氧化锌与添加剂混合浆料的制备 288

6.3.2 喷雾干燥 292

6.4 粉料含水与坯体成型 300

6.4.1 含水 300

6.4.2 干压成型坯体原理及其重要性 302

6.4.3 坯体干压成型对粉料应具备特性的要求 304

6.4.4 液压机的加压方式与粉体液压机的选择 305

6.4.5 坯体密度与成型工艺参数的选择 308

6.4.6 干压成型用模具 311

6.5 氧化锌压敏陶瓷的排结合剂与预烧 313

6.5.1 排除结合剂 313

6.5.2 坯体的预烧 315

6.6 无机高阻层 318

6.6.1 高阻层的粉料配方 318

6.6.2 高阻层浆料的制备与涂敷工艺 324

6.7 玻璃釉 326

6.8 氧化锌压敏陶瓷的烧成 328

6.8.1 烧成制度的确定应考虑的几个因素 328

6.8.2 烧成窑炉及钵具 330

6.8.3 烧成制度 331

6.8.4 烧成过程的环境气氛 335

6.9 磨片与清洗 337

6.10 热处理 339

6.10.1 热处理对压敏电阻器性能的影响 340

6.10.2 热处理提高压敏电阻器抗老化及其他性能的原因 342

6.11 喷镀铝电极 347

6.12 有机绝缘涂层 352

6.13 对国内外氧化锌电阻片的解剖分析 355

6.13.1 对国内外氧化锌电阻片配方成分及性能的解剖分析 355

6.13.2 对国内外氧化锌电阻片化学成分及瓷体微观结构的分析鉴定 360

6.13.3 对分析结果的讨论 368

6.13.4 近十年我国氧化锌电阻片性能水平的提高现状、原因分析和存在的主要问题 373

参考文献 375

第三篇 氧化锌压敏陶瓷元器件的制造及其应用 379

第7章 氧化锌压敏电阻器制造及其应用 379

7.1 氧化锌压敏电阻器的原理及应用 379

7.1.1 氧化锌压敏电阻器的命名 379

7.1.2 压敏电阻器的压敏原理、应用及发展趋势 379

7.1.3 我国压敏电阻器工业的发展概况 381

7.1.4 多层贴装片式压敏电阻器的研究与生产 383

7.1.5 我国压敏技术的现状和产品水平 384

7.2 氧化锌压敏电阻器的分类和主要性能参数 386

7.2.1 压敏电阻器的分类 386

7.2.2 压敏电阻器性能的主要参数 388

7.3 氧化锌压敏电阻器的生产工艺及工艺装备 389

7.3.1 单片式氧化锌压敏电阻器的配方与生产工艺 389

7.3.2 多层片式压敏电阻器的配方与生产工艺 394

7.4 氧化锌压敏电阻器芯片的几何效应及其应用 399

7.4.1 氧化锌压敏电阻器芯片几何效应问题的提出 399

7.4.2 圆片式氧化锌压敏陶瓷几何效应规律及影响因素 400

7.4.3 氧化锌压敏陶瓷电气性能产生几何效应的机理 403

7.4.4 圆片式氧化锌压敏陶瓷几何效应控制及改善途径 411

7.5 过电压保护器及其应用 412

7.5.1 产品型号命名方法及分类 412

7.5.2 各种压敏电阻器的特点及其应用 413

7.5.3 氧化锌压敏电阻器应用及注意事项 416

7.5.4 过电压保护器结构及性能参数 419

7.5.5 雷电过电压保护器的应用与选择 421

7.6 防雷工程 426

7.7 多层片式压敏电阻器及其应用 427

7.7.1 多层片式压敏电阻器的性能特点、分类与选择 428

7.7.2 多层片式压敏电阻器的应用概况 430

7.7.3 多层片式压敏电阻器的主要应用领域 432

7.7.4 多层片式压敏电阻器的应用发展趋势 436

7.8 氧化锌压敏电阻器的主要性能试验及试验方法 437

7.8.1 常规试验 437

7.8.2 抽查试验 437

参考文献 441

第8章 氧化锌避雷器制造及其应用 442

8.1 概述 442

8.1.1 避雷器的发展演变历史 442

8.1.2 我国氧化锌避雷器的研发及运行概况 445

8.1.3 进口ASEA 500kV氧化锌避雷器退出运行后的解剖分析 447

8.1.4 压敏电阻器的主要特性 451

8.1.5 氧化锌避雷器的特点 456

8.2 氧化锌避雷器的设计 458

8.2.1 氧化锌避雷器的主要特性参数 458

8.2.2 氧化锌避雷器的产品分类 461

8.2.3 氧化锌避雷器的型号 461

8.2.4 氧化锌避雷器的标准及对产品的技术要求 462

8.2.5 氧化锌避雷器的结构设计 470

8.2.6 主要元件的选择与计算 474

8.3 氧化锌避雷器的装配 479

8.4 氧化锌避雷器的试验及试验方法 482

8.4.1 引言 482

8.4.2 氧化锌避雷器的交流电压试验 483

8.4.3 氧化锌避雷器的直流电压（电流）试验 492

8.4.4 氧化锌避雷器的冲击电流冲击电压试验 494

8.4.5 交流大容量试验 505

8.4.6 联合试验 508

8.4.7 密封及机械强度试验 514

8.4.8 其他试验 517

8.4.9 有机外套无间隙氧化锌避雷器的试验 522

8.4.10 氧化锌电阻片主要电气性能测试装备 525

8.5 氧化锌避雷器的应用 527

8.5.1 配电和电站用氧化锌避雷器 527

8.5.2 我国超高压交流电力的建设与发展 529

8.5.3 我国直流输电的发展及新技术应用概况 531

8.5.4 线路型氧化锌避雷器 532

8.5.5 110～500kV GIS用罐式氧化锌避雷器 535

8.5.6 设备内藏式氧化锌避雷器 536

8.5.7 线路绝缘子避雷器的开发与应用 542

8.5.8 电气化铁道用氧化锌避雷器 543

8.5.9 用氧化锌避雷器限制超高压电网合闸过电压 546

8.5.10 并联和串联补偿电容器的保护 546

8.5.11 在静止无功补偿装置中的应用 547

8.5.12 对超导磁体猝熄保护的应用 548

参考文献 549