[发明专利]一种二氧化锡基压敏电阻材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化锡基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

SnO₂基压敏电阻材料是一种多功能新型陶瓷材料，它是以SnO₂为主相，添加若干其它氧化物改性后的烧结体材料。与目前应用最广泛的ZnO基压敏陶瓷相比，SnO₂基压敏陶瓷具有掺杂量相对较少、由氧化物挥发导致的掺杂损失小以及热导率高等优点，其在结构均匀性、晶界有效性、热稳定性和抗老化特性方面表现更好，在电子、电力系统中应用前景很好。SnO₂基压敏电阻材料的非线性特性源于晶界效应。其中，Nb₂O₅、Ta₂O小₅等施主掺杂产生自由电子，是SnO₂基压敏电阻的压敏特性形成氧化物；同时，由于SnO₂基压敏电阻难于烧结，常加入一些烧结助剂，如Bi₂O₃等，通常掺杂量不超过1％。在此三元体系的基础上，还常常需要添加一些压敏特性增强剂以改善SnO₂基压敏电阻材料的非线性特性，如Cr₂O₃以及部分稀土元素的氧化物等。它们或是改善材料微观结构的均匀性、晶粒大小、气孔率等，或是参与形成耗尽层，提高晶界势垒，亦或是充分进入晶格，改善了晶粒电阻，从而改善材料的电学性能。但是，由于掺杂元素种类繁多，作用机制各不相同，如何控制SnO₂基压敏电阻材料的组成和微观结构、提高其非线性和综合性能是近年来的研究热点。

发明内容

本发明提出一种新型二氧化锡基压敏电阻材料及制备方法。用这种材料制作的SnO₂基压敏电阻材料组分简单、挥发量少、掺杂元素更容易精确可控，材料的微观结构更加均匀、致密，能显著提高SnO₂基压敏电阻材料的非线性系数，压敏电压较高，综合性能优良，特别适合家用电器以及高压避雷器等应用。

本发明提出的材料配方，其特征在于，以SnO₂为主相，采用Ta₂O₅为非线性形成氧化物，ZnO、TiO₂为非线性增强剂，并含有CoO、Cr₂O₃、Fe₂O₃、CuO、MnO、NiO中的一种或者多种添加剂。所述主相SnO₂摩尔百分含量为70～99.95％，非线性形成氧化物Ta₂O₅的摩尔百分含量为0.01～8％，非线性增强剂ZnO、TiO₂的摩尔百分含量分别为0.02～10％，其他添加剂的摩尔百分含量为0～2％。

本发明提出的所述材料的相应制备方法，其特征在于，其技术方法简单，采用传统的电子陶瓷制备技术，其工艺流程依次包括“称料、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。然后，对所得产品进行组成、结构及性能等相应检测即可。

在上述制备方法中，根据本发明提出的配方，在对各组分进行称量、混料的同时，还按照所设计的SnO₂基压敏电阻材料中全部固相的总质量，分别添加质量分数0～10％的分散剂和粘接剂。

在上述制备方法中，所述混料采用高能球磨方式，所述高能球磨为湿式球磨，即将所称得的所有陶瓷原料的粉料(混合粉料)、分散剂和粘接剂、氧化锆磨球、去离子水分散介质按照一定的比例同时放在聚氨酯球磨罐中，在高能球磨机上磨细、混匀；其中，混合粉料、氧化锆磨球、去离子水的质量比为1∶(2～10)∶(2～5)，球磨时间24～72小时。

在上述制备方法中，所述烘干在常压干燥箱中进行，将磨细混匀的浆料在温度100～150℃下保温24～72小时。

在上述制备方法中，所述预烧的温度为450～850℃，保温时间1～4小时。

在上述制备方法中，需将预烧好的粉料进行研磨，并选用合适目数的筛子进行过筛。所述研磨和过筛后，粉料晶粒小于0.1μm，团聚体小于0.15mm。

在上述制备方法中，所述模压成型是对研磨后的粉料随产品尺寸需要在指定规格和形状的模具中干压成型。