[发明专利]改性纳米掺杂制备氧化锌压敏电阻复合粉体及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压敏电阻复合粉体材料，特别是氧化锌压敏电阻复合粉体材料的制备方法，属于电子陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

氧化锌（ZnO）压敏陶瓷具有独特的伏-安特性，即在导电状态下的高非线性特性，以及在稳态工作电压下的低漏电流特性。以ZnO压敏电阻片为核心元件组装而成的ZnO避雷器、浪涌保护器、压敏电阻器、片式压敏电阻器和叠层片式压敏电阻阵列，作为过压保护器已在全世界电力系统、电子线路、微电子电路中得到了广泛的应用。

随着ZnO避雷器向高电压等级、高可靠性、小型化及智能化的方向发展，多层片式ZnO压敏电阻向小型化、阵列化方向发展，氧化锌压敏电阻片的电位梯度和通流能量密度也在不断提高。在短时过电压发生时氧化锌压敏电阻片破坏的主要原因就是电阻片内部微观结构的不均匀性导致电流分布不均匀，进而在压敏电阻片内部产生热应力，从而使氧化锌压敏电阻片破裂或击穿。同时，随着新型ESD抑制器的发展，需要制备较低电位梯度的氧化锌压敏电阻器，目前多采用ZnO-Bi₂O₃-TiO₂系低电位梯度压敏电阻材料，要求陶瓷体在烧结过程中有均匀、较大尺寸的晶粒生成。所以提高微观均匀性就能提高各种要求氧化锌压敏电阻片的综合性能。

纯净的ZnO是非化学计量比的n型半导体，其伏安特性是线性的。为了使其具有非线性，必须在ZnO基体中添加多种氧化物，如Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、CoO、MnO₂、Mn₂O₃、Cr₂O₃、TiO₂、NiO、Fe₂O₃、CuO、Al₂O₃、SiO₂等。氧化锌压敏电阻的性能在很大程度上依赖于制备它所用的粉体材料性能。目前制备氧化锌压敏电阻复合粉体的方法有固相机械混合法、化学共沉淀法、超声乳液共沉淀法、Sol-Gel法等。固相机械混合法具有制备工艺简单、制备成本低等优点，但是制备的氧化锌压敏电阻片电气特性存在一定局限性。化学沉淀法具有制备的粉料粒度均匀、粒径分布等优点。但是使用化学沉淀法时，当沉淀剂加入后会发生“分凝现象”，使得掺杂剂在主体粉料中分布不均，影响复合粉体的性质。Sol-Gel法是一种借助于胶体分散系的制粉方法，其胶粒直径通常都在0.1μm以下，制备的粉料具有超纯、超细、均匀性好、烧结温度较低及掺杂物均匀分布等优点。但用溶胶凝胶工艺制备氧化锌压敏电阻片复合粉体存在成本高、工艺难控制、产量低等问题。

近年来，纳米技术发展很快，氧化物单体粉料的细度达到微米级、甚至纳米级。为了获得高性能的氧化锌压敏电阻，就要提高氧化锌压敏电阻片主要添加剂的细度，提高微观混合的均匀性。但多组分的均匀混合始终是材料研究的前沿性课题。原材料混合不均匀，不可能形成均匀的多组分多晶陶瓷体。因此，开发出微观混合均匀的氧化锌压敏电阻复合粉体是压敏电阻制备过程中的重点技术之一，为最终形成微观结构均匀的氧化锌压敏电阻片陶瓷烧结体创造了前提条件。

发明内容

本发明以解决上述问题为目的，提出了一种工艺简单、成本较低、掺杂剂分布均匀的改性纳米掺杂制备氧化锌压敏电阻复合粉体及制备方法。

该产品及方法针对用金属氧化物纳米粒子掺杂氧化锌粉体存在一些问题，即由于纳米粒子粒径小，所以具有很高的比表面积，表面原子处于高度活化状态，使得表面能很高，粒子易于团聚。因此，使用未经表面改性的纳米粒子起不到特殊作用。用醇类对许多粉体进行酯化反应是常用的表面改性方法。金属氧化物与醇的反应是酯化反应。酯化反应修饰法对于表面为弱酸性或中性的纳米粒子最有效。例如SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂、Al₂O₃、ZnO、MnO₂、Mn₂O₃等。