[发明专利]一种宽梯度范围的氧化锌压敏电阻专用瓷粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种宽梯度范围的氧化锌压敏电阻专用瓷粉及其制备方法，产品作为主材应用于氧化锌压敏电阻器的生产。属于电子陶瓷领域，广泛应用于电力、电子线路中的防雷和防浪涌保护。 

背景技术

1967年日本松下电器公司的松岗道雄带领他的团队，在氧化锌的Zn-Bi-Sb三元体系的研究中发现了其电压敏特性并进行了商品化研究，于1968年在日本应用物理杂志上报道了氧化锌压敏陶瓷的电压敏特性和制造工艺。鉴于氧化锌压敏电阻的优越特性，继日本以后美国、欧洲等国家投入了大量人力物力进行研究逐渐完善了其性能指标和生产工艺。我国的压敏电阻技术研究开始于70年代中期，到1984年引进日本日立公司的氧化锌避雷器技术后进入批量生产阶段。压敏电阻瓷粉的熟坯梯度是指经过烧结后直径为10mm的压敏芯片单位毫米厚度的压敏电压值，单位为V/mm。压敏电阻的压敏电压是通过控制其芯片的几何厚度来确定的。但是，由于压敏电阻是通过粉末干压成型，考虑其几何效应^[1] ，成型的厚度有一个下限，通常生坯厚度不得小于0.8mm。因此制作低电压的压敏电阻必须通过较低的电压梯度来实现。另一方面，对于高电压的压敏电阻若采用低梯度瓷料，则需要成型较大的厚度，从而造成材料的浪费加大产品制作成本。这时则需要较高的电压梯度来实现较薄的成型厚度。另外，考虑到一些特殊应用环境中对于芯片厚度的特殊要求，目前，国内氧锌压敏电阻器的瓷料配方为适应不同产品的要求每个工厂都有至少4个不同梯度的配方，这些配方均有一个相对固定的梯度，梯度的允许偏离范围一般都在30V以内，否则就不能保证压敏电阻的各项指标合格。这种现状存在的主要问题是： 

1、生产中若需要不同的电压梯度就必须通过更换瓷料配方来实现，由于不同配方的配方组份不一样，为了避免不同配方间的交叉污染，往往需要针对每一种配方制作专用的烧结匣钵，使得窑具的耗用数量庞大造成积压。以压敏电阻生产常用的长度为12m的窑炉为例，若采用三层240mmx300mm的匣钵，考虑周转的数量每种配方至少配备300个匣钵，以平均4个配方配备，则需配备至少1200个匣钵。而采用本专利的瓷料生产则只需要300个匣钵。

2、现有的压敏电阻生产技术中，更换瓷料配方还会带来前道工序包括造粒、成型、烧结的设备交叉污染问题。压敏电阻的造粒工序包含喷雾造粒塔和料浆研磨系统，这些设备生产不同配方的瓷料时，系统在更换配方时必须拆开进行充分的清洗。成型工序的干粉压机同样也存在更换配方时的清洁问题。特别是烧结工序由于瓷料在高温烧结时配方中的低熔点物质如Bi₂O₃、Sb₂O₃等会挥发到隧道炉的内壁，如果配方不同炉膛中的气氛也不相同，必要时还需根据不同的配方配备专门的窑炉。 

3、由于不同配方的理论烧结温度都不相同，更换配方时往往需要停止生产对窑炉进行调温，等其温度曲线稳定往往需要1~2天。考虑到烧结气氛的影响有些厂家甚至为不同的配方配置专用窑炉。生产效率低下，同时增加了能耗和设备投入。 

4、目前国内在150~320V/mm梯度范围的配方中都使用了Cr的化合物，生产过程中容易生成Cr⁺⁶化合物。而Cr⁺⁶化合物是欧盟ROHS、REACH禁用物质。 

发明专利内容 

本发明目的是提供一种宽梯度范围的氧化锌压敏电阻专用瓷粉及其制备方法。

为实现上述目的，本专利的技术方案如下： 

一种宽梯度范围的氧化锌压敏电阻专用瓷粉，其特殊之处在于：所述的瓷粉的成分组含量为： 

ZnO 88~98mol%、Bi₂O₃ 0.2~16.0mol%、

Sb₂O₃ 0.1~10.0mol%、Co₃O₄ 0.2~10mol%、

MnCO₃ 0.1~5.0mol%、B₂O₃ 0.1~10.0mol%。