中国粉体网讯 氧化锌（ZnO）压敏电阻是以ZnO粉末为主体，金属氧化物为添加剂经高温烧结而成的对外加电压敏感的半导体陶瓷器件，具有非线性系数高、漏电流低、时间响应快、电压稳定等优良的电气特性。ZnO压敏电阻1968年问世，现已成为发展最快、保护性能最好的过电压保护装置，被广泛应用于电力系统、电子器件、建筑防雷、通信电源等领域。
ZnO压敏陶瓷微观结构主要由ZnO晶粒、富Bi晶间相、尖晶石相、气孔等组成。ZnO晶粒大约占陶瓷体积的90%以上，是该类陶瓷材料中的主导晶相。添加各种氧化物并经过高温处理后，ZnO晶粒可被改性为具有极低电阻率的半导体材料。这些晶粒不仅承担导电功能，还具备良好的散热性能，并能有效吸收和耗散能量，从而实现对过电压的有效响应与抑制。
ZnO压敏电阻的微观结构和ZnO晶体结构
ZnO压敏电阻制备与掺杂改性
粉体制备
ZnO压敏电阻粉体越细，混合越均匀，越有利于减小颗粒粒径，改善微观结构均匀性，这对提高电性能尤其是电位梯度、通流容量，降低残压比等具有重要意义。
ZnO压敏电阻粉体的制备主要有两种方式，即传统固相法和液相法。
固相法是将ZnO和其他添加剂按照配比通过球磨或搅拌磨使得固体原料机械式粉碎、混合，进而使复合粉体达到一定粒度，混合均匀后制备成浆料，通过喷雾造粒、压制成型、高温烧结、涂覆电极等工序得到压敏陶瓷。该方法粉体混合均匀性差，并且颗粒平均粒度也难以再降低，但该制备工艺方法简单，对设备要求不高，适合大批量生产，也是目前国内外大多数生产厂家采用的方法。
相比于传统固相法，液相反应法可显著提高ZnO压敏电阻片原料和掺杂剂颗粒的均匀性，从而提高电气性能。但液相法普遍工艺复杂，生产成本较高。典型的液相法有化学共沉淀法、溶胶-凝胶法等。化学共沉淀法是通过控制溶液中的PH值、温度、离子浓度等条件，使溶液中两种或多种物质共同沉淀出来。溶胶-凝胶法主要涉及溶胶的形成和凝胶的固化两个步骤，首先将溶剂中前驱体溶解或分散在适当的溶剂中，形成溶胶体系；再通过控制条件，触发凝胶化反应，使溶胶体系逐渐形成凝胶；最后经固化处理使凝胶体失去溶剂，形成固态粉体。
烧结工艺
烧结是ZnO压敏电阻制备工艺中非常重要的一个环节。烧结过程会受到很多因素的影响，如烧结气氛、烧结方式等，这些将直接影响ZnO压敏电阻的微观结构，比如晶粒的尺寸与分布、晶界结构等，从而使其压敏电压、非线性系数等宏观电学性能，以及抗冲击、抗老化等物化性能发生变化。近年来，出现了多种新型烧结方法，如微波烧结（MS）、两步烧结（TSS）、闪烧（FS）、冷烧结（CS）和放电等离子烧结（SPS）等。
掺杂改性
纯ZnO是低电阻的n型半导体，本身没有压敏特性，通过掺杂其他元素氧化物来改善它的压敏特性，目前工业生产中应用的ZnO压敏陶瓷的掺杂物主要包括Bi2O3、Sb2O3、Cr2O3、Co2O3、MnO2、TiO2、B2O3等氧化物。相比于单一掺杂，多元掺杂策略有助于优化非线性、电位梯度、通流容量、残压比等综合性能。
另外，稀土氧化物掺杂也是掺杂改性的一大热点，包括Y2O3、La2O3、Nd2O3和Ho2O3等。稀土元素的离子半径较锌离子大得多，绝大多数稀土元素停留在晶界区域，钉扎作用明显，能有效减小ZnO晶粒尺寸，使得微观结构更加均匀，有利于提高压敏电阻的电位梯度。
ZnO压敏电阻应用
ZnO压敏陶瓷根据压敏电压范围可以分为低压、中低压和高压压敏陶瓷，分别应用于不同的领域中。目前，国内外的重点研究领域是低压和高压压敏电阻。
在高压领域电力系统中，氧化锌避雷器已经成为性能最优异、应用范围最广的过电压保护装置，其主要作用是抑制过电压进入输变电站和用户电路中，吸收雷电和误操作等瞬时高压的冲击能量，防止电力设备和用电设备的损坏。低压领域，氧化锌压敏电阻可应用在如汽车中的电子电路和集成电路当中。
氧化锌避雷器实验样品
随着电力系统的不断发展和完善，对ZnO压敏陶瓷的应用提出了更高的要求，开始往低压化、高能化、高压化等自控装置领域发展。
ZnO压敏陶瓷的应用
2026年12月17-18日，中国粉体网将在河南•郑州举办“第九届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”。届时，我们邀请到上海大学任鑫副教授出席本次大会并作题为《氧化锌压敏陶瓷电阻的制备工艺与应用研究进展》的报告。报告将介绍氧化锌压敏陶瓷电阻的制备工艺及掺杂改性技术，概述其高低压多领域应用场景，并展望行业发展趋势。
报告老师简介
任鑫，副教授，博士生导师，上海大学理学院电子功能陶瓷研究室带头人。2006-2011年，上海交通大学与剑桥大学联合培养博士。2011年进入上海大学工作，作为负责人承担过国家自然科学基金项目2项、英国皇家学会基金项目1项、省部级项目多项，企业合作课题数十项，合作企业包括华为、ABB、TDK等国内外知名企业。主攻ZnO压敏电阻器件的研发和应用，研发的电子陶瓷材料成果广泛应用于电力传输、通讯、家电、新能源等重要行业。获得过江苏省“双创”人才、江苏省苏北发展特聘专家、上海市电机工程学会科技奖一等奖等荣誉。发表相关学术论文100余篇，获发明专利授权10余项。现担任中国电工技术学会电工陶瓷专委会委员、中国电子学会电压敏学部副主任委员。
参考来源：
[1]史巨峰：高性能ZnO压敏电阻工艺及掺杂改性研究
[2]何俊佳等：ZnO压敏电阻微观结构调控与性能提升研究综述
（中国粉体网编辑整理/石语）
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