摘要：压敏电阻是指电阻值对加于其两端的电压敏感的一类电子陶瓷元件，当外加电压达到某一临界值之后，其电阻值迅速减小，流过的电流急剧增大。压敏电阻具有非常特殊的、对称的电压非线性特性，利用这种非线性特性可以对各种电路系统进行过电压保护。本专利技术综述主要对压敏电阻专利的申请趋势、分类以及发展方向进行了分析。
关键词：压敏电阻；ZnO；专利；发展
1.专利申请基本情况
为了获得压敏电阻相关的专利申请情况，本文使用专利检索用的S系统，选择相关的关键词（如压敏、非线性、电阻、陶瓷、varistor）和分类号（如H01C7/1+、C04B35/4+）在CNABS数据库、CNTXT数据库中检索，根据数据库收集的文献量进行去噪后来获得进行统计分析的专利申请样本，最后得到的与压敏电阻相关的申请日为2017年5月1日前的专利申请有557篇，分析其基本情况。
1.1压敏电阻的专利申请趋势分析
从国家知识产权局的专利数据库中统计分析发现，1985年首次出现涉及压敏电阻的专利申请，在1985-1994年，涉及压敏电阻的专利申请数量极少，处于起步阶段；在1995年-2008年，涉及压敏电阻的专利申请数量增长较为迅速，说明压敏电阻的技术快速发展，从2009年开始，专利申请数量开始下降，说明涉及压敏电阻的技术较为成熟，逐渐步入瓶颈期，技术研发上有待突破。
1.2专利申请中压敏电阻的技术主题分析
对检索到的专利申请初步阅读分类，发现压敏电阻器的技术主题可以分为以下6个方面：ZnO基压敏电阻、SrTiO3基压敏电阻、TiO2基压敏电阻、SnO2基压敏电阻、SiC基压敏电阻、钛酸铜钙（CCTO）基压敏电阻。压敏电阻技术领域中，申请量最多的是ZnO基压敏电阻，占比高达81%，其次为SrTiO3基压敏电阻，占比为10%，TiO2基、SnO2基、SiC基、CCTO基压敏电阻占比分别为4% 、3%、1％、1％。这主要是因为目前已开发成产品并大量应用的压敏电阻有两类[1]：一类是ZnO基压敏电阻，其主晶相为氧化锌；另一类是SrTiO3基压敏电阻，其主晶相为纯钛酸锶或部分 A 位和/或 B 位置换改性的钛酸锶，而除了ZnO基压敏电阻和SrTiO3基压敏电阻外，氧化钛压敏电阻、氧化锡压敏电阻、钛酸铜钙压敏电阻等至今未获得工程应用，技术发展还不成熟，专利数量较少。且氧化锌压敏电阻相比与其它类别压敏电阻具有造价低廉、工艺简单、非线形系数大、响应时间快、残压第、电压温度系数小、泄露电流小等独特性能，目前应用面最广、综合性能最优的压敏电阻当属ZnO压敏电阻，因此ZnO压敏电阻是压敏电阻技术领域中研究的主流方向。
根据所统计到的专利申请文献，针对ZnO压敏电阻进行分析，ZnO压敏电阻因重要添加剂的不同主要被分为四个体系，分别为ZnO-V2O5系、ZnO-Pr6O11系、ZnO-玻璃系压敏电阻、ZnO-Bi2O3系，其中它们的专利申请量占比分别为3％、9％、6％、82％。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由此可知，ZnO-Bi2O3系压敏电阻所占比例最重，该体系材料掺杂成分较多，多元掺杂的铋系ZnO压敏电阻具有漏电流低、非线性优良、压敏电压能在宽范围内调变、耐浪涌能力强等优越性能以及成本小、制造方便的特点，在ZnO压敏电阻的实际生产应用中占据着主导的地位，该体系材料是ZnO压敏电阻材料中研究得最深、综合性能最优、应用得最广的材料，一般情况下，若无特殊注明，人们所述的“ZnO压敏电阻”均是指ZnO-Bi2O3系压敏电阻，因此，Bi系压敏电阻的专利申请数量最多；ZnO-Pr6O11系压敏电阻具有较好的压敏特性，现已被用来制造几百和千伏变电站的电涌放电器，但是氧化镨原料价格比较高，而且氧化镨体系的烧结温度高（大于1200℃）[2]，因此很难实现大规模地生产和应用，因此，镨系压敏电阻的专利申请量较少；ZnO-玻璃体系压敏电阻材料具有优良的压敏特性、较好的稳定性，且能在较低的温度下烧结，但是其在性能方面和其它体系压敏的电阻材料相比，仍然有比较大的差距，因此，该体系的申请数量也很少；而对于ZnO-V2O5系压敏电阻，由于V2O5的熔点较低，能够实现低温烧结，但是经过众多学者的研究发现，这种体系材料的压敏特性并不优越[3]，而且掺杂Sb2O3、Cr2O3、Mn3O4、Co2O3等添加剂改善其性能后，会导致材料烧结温度变高，使得ZnO-V2O5系压敏电阻材料低温烧结的优势消失，因此，涉及ZnO-V2O5系压敏电阻的专利数量最少。
1.3专利申请中压敏电阻的发展方向分析
由于ZnO压敏电阻是压敏电阻技术领域中研究的主流方向，因此，根据所统计到的专利申请文献，针对ZnO压敏电阻进行分析。ZnO压敏电阻的发展主要有两个方向：第一，对ZnO压敏电阻材料进行掺杂改性，ZnO压敏电阻材料掺杂成分的种类较多，常见的添加剂有Bi2O3、Co2O3、Mn2O3、Cr2O3、NiO、TiO2、B2O3、Al(NO)3·9H2O以及稀土氧化物如Pr6O11、Y2O3等，通过调整改变ZnO压敏电阻材料配方成份使得ZnO压敏电阻的性能不断提高。本领域技术人员可以根据性能需求来选择合适的掺杂成分，例如，在ZnO压敏电阻材料中添加适量的稀土氧化物如Y2O3能阻碍晶粒的生长，降低大电流区的压比[4]；在ZnO压敏电阻材料中添加适量的TiO2，可以促进ZnO晶粒的生长、降低ZnO压敏陶瓷压敏电压[4]。第二，由于ZnO-Bi2O3系材料烧结温度偏高，且Bi2O3的活性较高，在高的烧结温度下容易挥发会导致材料成分的变化，人们开始重点研究该体系材料的低温烧结。
2.结语
本专利技术综述综合考虑了压敏电阻专利的申请趋势、分类以及发展方向进行分析，得出以下几点结论：压敏电阻的专利申请的增长量逐渐放缓，技术已趋于成熟，专利申请在创新的高度上面临危机；压敏电阻专利技术领域中，申请量最多的是ZnO基压敏电阻，占比高达81%，ZnO压敏电阻是压敏电阻技术领域中研究的主流方向；ZnO压敏电阻的发展方向主要包括ZnO压敏电阻材料的掺杂改性以及低温烧结。
参考文献：
[1]卢振亚. 氧化物压敏陶瓷晶界特性与宏观电性能的关系[D]. 华南理工大学, 2012.
[2]Hng H H, Knowles K M. Microstructure and Current–Voltage Characteristics of Multicomponent Vanadium Doped Zinc Oxide Varistors[J]. Journal of the American Ceramic Society, 2000, 83(10): 2455-2462.
[3]Alles A B, Burdick V L. The effect of liquid‐phase sintering on the properties of Pr6O11 based ZnO varistors[J]. Journal of applied physics, 1991, 70(11): 6883-6890.
[4]王振林, 李盛涛. 氧化锌压敏陶瓷制造及应用[M]. 北京: 科学出版社, 2009.
论文作者:王佩艺
论文发表刊物:《防护工程》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/31
标签：压敏电阻论文; 专利申请论文; 材料论文; 性能论文; 体系论文; 专利论文; 电压论文; 《防护工程》2017年第8期论文;