[发明专利]一种低漏电流五元系ZnO压敏陶瓷材料及烧结方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化锌铋系压敏材料及其低温烧结领域，具体是涉及一种低漏电流五元系ZnO压敏陶瓷材料及其低温烧结方法。

背景技术

氧化锌压敏电阻具有电压非线性好，耐浪涌量大，响应速度快等特性，占据了压敏电阻的主要市场（Leach,C.,Grain boundary structures in zinc oxide varisrors,J.Acta,Materialia,2005,53(2),237~141；张南法，抓住机遇使中国成为世界压敏电阻器生产大国[J]，电子元件与材料，2001年2月，20(1):31~34）。其中漏电流是ZnO压敏电阻应用中的重要参数，它决定着施加稳态外电压时的功率损耗，漏电流越小，压敏电阻在电路中的功率损耗越小(孙丹峰，季幼章，“压敏电阻漏电流”，敏感元件和传感器，2009,0908:113-118.)。

压敏电阻器凭借其特有的非线性特性广泛应用于电子线路和电力系统的过压保护，而不同的应用场合对压敏电阻器的压敏电压有不同的要求。如在对家电电源防雷保护中，要求压敏电阻器的压敏电压为220V，这种情况下压敏场强为300V/mm左右的氧化锌压敏陶瓷电阻做成单层的块状电阻器即可满足使用要求。而随着现代集成电路和表面安装技术的发展，对用于电路保护的压敏电阻器的工作电压提出了更低的要求，促使氧化锌压敏电阻向小型化、低压化方向发展，因此产生了叠层片式氧化锌压敏电阻（向勇，谢道华，片式多层元件新技术概论[J],电子元件与材料，1999,18(4):34~42)。叠层片式氧化锌压敏电阻的内电极一般采用银钯合金或纯钯，造价昂贵。为了降低其成本，要求氧化锌压敏陶瓷在具有优良的电学性能的同时，必须降低氧化锌压敏陶瓷的烧结温度，实现使用纯银作为内电极与氧化锌压敏陶瓷共烧。目前，降低陶瓷烧结温度的工艺方法有：微波烧结、热压烧结和传统的液相烧结等。其中液相烧结的工艺相对简单，成本较低，得到广泛应用（叶祖勋，吕文中等，ZnO压敏陶瓷液相低温烧结技术的研究进展[J]，计算机与数字工程，2006，34(4)：101~104）。

但是通过液相烧结法制备的ZnO压敏陶瓷，由于晶粒较小，致使其压敏电压较高，限制了其在低压方向的进一步应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压铋系氧化锌压敏陶瓷电阻材料及其低温烧结方法。在添加适量的B₂O₃后，不仅使ZnO-Bi₂O₃系压敏材料的烧结温度降低，而且其综合电学性能也能得到提高。压敏场强可以通过改变组分和烧结工艺在163V/mm~565V/mm范围内调整：当场强大于300V/mm时，非线性系数大于50，漏电流均小于0.1μA；当场强小于300V/mm时，非线性系数α>30，漏电流I_L<1μＡ。本发明不仅为低温烧结压敏电阻材料提供了有效的方法，还为在多层压敏电阻器件制备中使用纯银做为内电极材料创造了条件。

本发明的技术方案是这样的：一种低漏电流五元系ZnO压敏陶瓷材料，材料配方为：摩尔比为(100-y-z-m-n)%：y% ：z% ：m% ：n%的ZnO、Bi₂O₃、Co₂O₃、SnO₂、B₂O₃，其中y=0~2, z=0~1, m=0~2, n=0~2。

本发明还提供了低漏电流五元系ZnO压敏陶瓷材料的制备方法，为固相合成法，步骤如下：A、按照通式的化学计量比进行配料；B、球磨混合、干燥；C、造粒；D、成型、排塑；E、850-950℃烧结，保温2-5h。

前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤B球磨4-8个小时。

前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤B所述干燥为放入烘箱中在80-120℃烘干。

前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤C造粒是指在烘干的原料中直接加入聚乙烯醇（PVA）粘结剂，压制成薄圆片。

前面所述的制备方法，优选的方案是，聚乙烯醇（PVA）粘结剂的加入量为原料总质量的2-6%。

前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤D的排塑是指将成型后的薄圆片在650℃保温1-3小时，排掉PVA粘结剂。

本发明还提供了低漏电流五元系ZnO压敏陶瓷材料制备的压敏元件。