[发明专利]一种适合低浪涌电压电器使用的氧化锌压敏电阻材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合低浪涌电压电器使用的氧化锌压敏电阻材料及制备方法，属于电子陶瓷制备及应用技术领域。

背景技术

ZnO压敏电阻材料是一种多功能复合陶瓷材料；它是以ZnO为主体，添加若干其它氧化物、经烧结而成的陶瓷半导体材料。由于ZnO压敏电阻非线性(即非欧姆电流-电压特性)优良、响应时间快、通流容量大、漏电流小、造价低廉，广泛应用于电子、电力系统。根据压敏特性的形成氧化物不同，ZnO变阻器主要有Bi系(非线性形成相为氧化铋)和Pr系(非线性形成相为氧化镨)两类。大多数商用ZnO压敏电阻为Bi系ZnO压敏电阻，具有优良的压敏特性。但由于在液相烧结过程中Bi₂O₃具有强挥发性和高的反应活性，前者改变了各组分的相对比值从而改变变阻器的性能，后者破坏了片式变阻器的多层结构。为避免Bi系ZnO压敏电阻存在的这些问题，需要掺入大量的添加剂以保证Bi系ZnO压敏电阻获得高性能。为了克服Bi系ZnO压敏电阻材料存在的这些缺点，近些年来人们对Pr系ZnO压敏电阻材料进行了大量的研究。与Bi系ZnO压敏电阻相比，Pr系ZnO压敏电阻由于氧化镨具有较高的沸点而避免了Bi系ZnO压敏电阻材料在烧结过程中由于Bi₂O₃强挥发性和高的反应活性而对ZnO变阻器造成的不良影响；而且Pr系ZnO压敏电阻所需添加剂的种类较少，其微观结构更简单，非线性性能更好。

发明内容

本发明提出一种新型氧化锌复合陶瓷压敏电阻材料及制备方法。用这种材料制作的ZnO压敏电阻材料组分简单、挥发性成份少，掺杂元素更容易实现精确可控，材料微观结构更加均匀、致密，能显著提高非线性系数，压敏电压较低，综合性能优良，特别适合低浪涌电压电器使用。

本发明提出的材料配方，其特征在于，以氧化锌为主相，采用氧化镨为非线性产生氧化物，并采用Co、Ti和Cr的氧化物一种以上作为非线性增强剂。其组分及各组分的摩尔百分含量如下：

氧化锌(ZnO)        70～95mol％

氧化镨(Pr₆O₁₁)     0.1～20mol％

氧化钴(Co₃O₄或CoO) 0.01～15mol％

氧化铬(Cr₂O₃)      0.01～15mol％

氧化钛(TiO₂)       0.01～25mol％

本发明提出的所述材料的相应制备方法，其特征在于，其工艺流程依次包括“混料、高能球磨、烘干、预烧、研磨过筛、模压成型、烧结和被银”工序。

在上述制备方法中，根据本发明提出的各组分的摩尔百分比进行称量、混料时，同时加入0～10％(质量分数)的分散剂和粘结剂。

在上述制备方法中，所述高能球磨采用湿式球磨，其中混合粉体、氧化锆磨球、去离子水的质量比为1∶(2～10)∶(2～5)，球磨12～72小时。

在上述制备方法中，所述烘干采用常压干燥方法，温度100～200℃，时间12-96小时。

在上述制备方法中，所述预烧的温度为400～800℃，时间1～10小时。

在上述制备方法中，所述研磨在玛瑙研钵中进行，所述过筛后团聚体小于0.15mm。

在上述制备方法中，所述烧结的制度为：在电炉中和空气全循环环境下烧结，升温速度3～10℃/min，300～500℃保温排胶1～5小时，在最高温度下1200-1550℃下保温0.5～5小时，然后随炉冷却。

在上述制备方法中，所述被银工艺为，将样品两极均匀涂抹上特制银浆，并在400-800℃下保温1～4小时焙干。

用本发明提供的材料配方及制备方法制得的氧化锌压敏电阻片，其电位梯度E(电流密度为1mA/cm²时对应的电位梯度值)为100～380V/mm，非线性系数α[根据公式α＝1/log(E_10mA/E_1mA)计算]为40～90，漏电流I_L(75％E所对应的电流密度值)为2.7～6.0μA/cm²，综合性能优良。可用于手机、家用电器等低浪涌电压电器使用。

附图说明

图1是本发明实施例1所制得氧化锌压敏电阻材料的X-光衍射谱；