1　引言

　　氧化锌压敏陶瓷自1968年问世以来得到了迅猛的发展和广泛的应用,特别是随着氧化锌压敏陶瓷研究的进一步深入,其应用领域不断扩大。性能要求也日益提高,国内外学者从事这方面课题的研究工作已经进行了许多。在氧化锌压敏陶瓷的微观机理、导电机理、老化机理、陶瓷形成机理等方面取得了基本一致的认识。但是,到目前为止,作为氧化锌压敏陶瓷电阻片本身存在的电容,对其性能的影响却一直被人们所忽视,特别是电容在氧化锌压敏陶瓷大电流冲击破坏方面的作用还没有看到有关的报导。我们认为,氧化锌压敏陶瓷电阻片的电容主要来自于氧化锌压敏陶瓷的晶界,虽然在静态下测量的电容量不是很大,但晶界电容与晶界非线性电阻是同时形成的孪生体,两者同时具有非线性,因其阻容特性的不同,处于不同的工作状态时非线性的作用大小不同。如氧化锌压敏陶瓷动态伏安性能的滞回特性和陡波过冲现象等都是电容的作用所致^［1,2,3］。本文将对氧化锌压敏陶瓷电阻片的电容影响冲击破坏机理的研究与探讨展现出来,愿能抛砖引玉。

2　实验现象与结果讨论

　　文献［1］的研究说明,氧化锌压敏陶瓷电阻片具有较大的残压过冲,而且过冲上升时间较快,冲击电流波前越短,氧化锌压敏陶瓷电阻片的残压越高,过冲比增大。文献［1］的作者认为,氧化锌压敏陶瓷电阻在陡波冲击电流下,电流由容性转变为阻性需要一定的时间而造成过冲尖峰。这也充分说明氧化锌压敏陶瓷电阻片的电容在冲击方面影响作用客观存在。
　　文献［2］的研究表明,氧化锌压敏陶瓷电阻片的动态伏安特性中存在着滞回特性,实际的阻性电流超前于外施电压,阻性电流与外施电压的相位并不一致,说明了氧化锌压敏陶瓷电阻片的电容在动态伏安性能中起着作用。
　　文献［3］的作者在用QS-1型电桥测量电阻片电容值时发现,随着电压升高,电容值是下降的,说明电压和电容之间的某种非线性关系存在。
　　本文作者在文献［4］中的研究表明了氧化锌压敏陶瓷电阻片的静态电容随烧成温度的提高和烧成时间的延长而增大,电容量的增大会引起电位梯度下降,残压比降低,但电容量的增大却提高了冲击电流的容量。这说明氧化锌压敏陶瓷电阻片的静态电容对改善和提高大电流的冲击性能是十分有利的。也进一步证实了氧化锌压敏陶瓷电阻片的电容对其电性能的影响作用存在,应引起重视。
　　文献［5］的作者曾在不同波长和幅值的冲击电流作用下,对氧化锌阀片破坏形式做过研究,认为在时间很短、幅值很大的冲击电流作用下,阀片的破裂形式主要出现径向和环向裂纹;在时间较长、幅值相对较小的冲击电流作用下,阀片的破裂形式常呈现贯穿性的小孔。文献［5］的作者认为,主要是因为阀片内部各微元之间存在很大的温度梯度而产生热应力,热应力引起阀片内各微元的热膨胀,从而引起阀片产生径向和环向裂纹。对后者的破裂形式认为由于阀片烧结的不均匀性,使得阀片微元之间的电性能存在差异,引起电流集中,温度升高,当温度达到一定值后,晶界层熔化,形成贯穿性的小孔。本文作者认为,氧化锌压敏陶瓷电阻片由各微元之间温度梯度差引起而产生的两种破坏现象的根源,除了与电阻片本身的不均匀性有关之外,更与氧化锌压敏陶瓷电阻片的电容作用的导通机理有关。大家知道,通常情况下电容的阻抗除与电容量大小有关外还与电路的频率有关,电容量和频率的增大都会使电容的阻抗变小,电容量和频率的减小也会使电容的阻抗变大。我们在这里讨论的氧化锌压敏陶瓷的静态电容,主要来自于晶界电容,暂且不论其随电压是否变化,晶界电容所起作用的大小随电路工作状况变化而变化,为了便于分析,我们把晶界电容在时间很短、幅值很大的冲击电流作用下和时间较长、幅值相对较小的冲击电流作用下的两种情况分别来讨论：
　　(1)在时间很短,幅值很大的冲击电流作用下,可以认为,晶界的非线性电阻还来不及导通,由于电容的容性电流导通相位超前于其两端的电压相位,使得氧化锌压敏陶瓷电阻片的晶粒电阻的导通电流比电容的容性电流晚,时间很短、幅值很大的冲击电流几乎全部分布在由径向和体向方位的晶界电容组成的电容网络体系上。该电容网络的导通机理是：时间极短、幅值很大的冲击电流首先沿表面晶界层分布导通,绕过晶界电阻和大部分晶粒电阻,由体位的晶界电容再向下面的晶界层传输,依此逐层而下。由于电阻片的各个晶界层成瓷均匀状况不同,这样,每个晶界层面的电流分布形式都不同,就形成了面与面、厚度与厚度之间的分布极不均匀,又由于冲击电流很大、时间极短,使表面晶界层的电流引起的不均匀产生的温度梯度最大,产生的热应力造成的热膨胀也会最大,并且从电阻片的冲击电极面到另一电极面会依此逐渐减小,从而导致了电阻片产生径向或环向的裂纹,或流过部分晶界电容的电流过大烧融晶界,使温度极高而出现径向或环向炸裂。我们把这种时间很短,幅值很大的冲击电流作用下的氧化锌压敏陶瓷电阻片的晶界电容网络系统特定的导通模式叫做浪流漫层贯通法。
　　(2)在时间较长、幅值相对较小的冲击电流作用下,氧化锌压敏陶瓷电阻片的导通方式与前者的形式是不同的。这是因为当冲击电流幅值较小、作用时间较长时,除了晶界电容首先导通外,晶粒电阻也会导通,晶界的非线性电阻还能来得及导通,又由于晶粒电阻比较小,导通的晶界电阻也比较小,这样冲击电流导通的作用完全由晶粒电阻和晶界非线性电阻来完成。而晶界电容首先导通只是起了个开关的作用,导通电流主要是阻性电流。电流由上层的晶粒晶界电阻流到下一层的晶粒晶界电阻而形成体位方向的直接(厚度方向)贯通电流,根据电阻片成瓷的均匀状况分布电流大小,因而容易形成击穿性的小孔,我们把这种导通方式叫做溪流渗透法。
　　综上所述的两种导通方式虽然不同,但导致破坏的结果都是由于氧化锌压敏陶瓷电阻片的不均匀引起,因此,改善氧化锌压敏陶瓷电阻片冲击破坏性能的有效方法是提高其均匀性。

3　结论

　　(1)氧化锌压敏陶瓷电阻片的冲击破坏与成瓷均匀性相关。
　　(2)氧化锌压敏陶瓷电阻片的冲击破坏状况与冲击电流的波形、幅值、作用时间有关。
　　(3)氧化锌压敏陶瓷电阻片的电容影响冲击破坏装况,影响冲击导通机理。■