[发明专利]氧化锌压敏陶瓷浆料的制备方法及压敏陶瓷电阻材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能陶瓷材料制造技术，尤其涉及一种氧化锌压敏陶瓷浆料的制备方法以及用该方法制备的氧化锌压敏陶瓷电阻材料。

背景技术

氧化锌压敏陶瓷电阻片具有优良的非线性伏安特性和巨大能量吸收能力，被广泛应用于电力和电子系统，主要用来限制电位和吸收过电压能量。它以氧化锌为主体材料，添加氧化铋、氧化锑等多种添加剂，按电子陶瓷工艺制成。

目前，经过数十年的研究与开发，氧化锌压敏陶瓷电阻片的性能不断提高，应用领域不断扩展，在电压低至几伏的微电子电路以及高至百万伏电压等级的特高压输电系统中，都得到广泛应用。

氧化锌压敏陶瓷的显微结构模型如图1所示，主要晶相包括氧化锌相、富Bi₂O₃的晶间相、尖晶石相，此外还存在气孔。ZnO主体是由电阻率为0.001Ω·m～0.1Ω·m，尺寸为10μm～30μm的ZnO晶粒1组成，固溶有微量的Co、Mn等元素。晶界层2是各种添加剂的富集区，是产生压敏性的根源，在低电场区电阻率大于10⁸Ω·m，在高电场区，晶界层导通。尖晶石晶粒3是ZnO与Sb₂O₃的复合氧化物，此外还含有Co、Mn、Cr等杂质，粒径约为几个微米左右。

研究认为，电阻片内部微观结构和成分越均匀、气孔越少，能量吸收能力越大。使用通流能力大的电阻片可以增大保护裕度，延长使用寿命。浆料制备作为氧化锌压敏陶瓷电阻片生产的关键工序，直接决定了产品最终性能的好坏。

常用的氧化锌压敏陶瓷的制浆工艺大致有两种：一种是熟料工艺，特点是首先将Bi₂O₃、Sb₂O₃等添加剂球磨后经850℃左右煅烧，再经二次细磨后与ZnO等混合制备成浆料；另一种是生料工艺，特点是添加剂混合球磨后直接与ZnO等混合制备成浆料。两种工艺中使用的设备通常有滚桶球磨机、搅拌球磨机、煅烧炉、粉碎机、高速搅拌机、胶体磨、砂磨机等。熟料工艺的缺点是工序繁琐、易混入杂质、浆料易沉淀。此外，传统制浆所使用的设备均存在效率低下、分散不均匀等问题，例如胶体磨：其基本工作原理是高速剪切作用，剪切依靠两个齿形面的相对运动，其中一个高速旋转，另一个静止，使通过齿面之间的物料受到极大的剪切力及磨擦力，从而实现分散、乳化、均质；胶体磨对物料中的大颗粒(粒径大于10μm)和硬团聚无法有效破碎、分散；再加上其间隙易磨损，调整困难，所以在有限的时间内很难以确保浆料成分达到均匀。

实践发现，不仅原料的粒度分布、颗粒外形等因素对制浆有影响，不同厂家的原料性能差异也较大，给制浆工艺带来重大影响，因此要慎重选取。以ZnO为例，平均粒径小于0.4μm时极难分散，需要大量使用纯水和分散剂。制浆过程中，还会使用到一些辅助材料，包括结合剂和消泡剂等，多为有机高分子聚合物，其种类和用量是否适宜对制浆工艺也很关键。

发明内容

本发明的目的是克服上述传统制浆工艺的缺点和不足，提供一种能制备均匀稳定、流动性好的浆料的氧化锌压敏陶瓷浆料的制备方法。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述氧化锌压敏陶瓷浆料的制备方法制备的氧化锌压敏陶瓷电阻材料。

本发明通过以下的技术方案实现：一种氧化锌压敏陶瓷浆料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：按摩尔百分比称取原料，所述原料包括主原料ZnO和添加剂，所述添加剂包括Bi₂O₃，Sb₂O₃，Co₂O₃，MnCO₃，Cr₂O₃，NiO和SiO₂，所述ZnO和添加剂的摩尔百分比为：ZnO：93～95％，Bi₂O₃：0.6～0.9％，Sb₂O₃：0.9～1.3％，Co₂O₃：1.0～1.3％，MnCO₃：0.5～0.8％，Cr₂O₃：0.5～0.8％，NiO：0.5～0.8％，SiO₂：1.0～1.5％；所述ZnO原料粒径为0.42～0.45μm，松装密度为0.55～0.65g/cm³，所述添加剂原料粒径为2～5μm，松装密度为0.5～1.3g/cm³；