[发明专利]一种复合纳米ZnO压敏陶瓷粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及ZnO压敏陶瓷材料，特指一种复合纳米ZnO压敏陶瓷粉体的制备方法，属于电子陶瓷制备及应用技术领域。

背景技术

ZnO压敏陶瓷材料是以ZnO粉料为主体，添加少量多种金属氧化物改性的多功能复合陶瓷材料，具有表面效应，小尺寸效应，量子尺寸效应等纳米效应，以及优异的非线性伏安特性和巨大的脉冲能量吸收能力，纳米ZnO被广泛地应用于电力系统和电子线路中。

ZnO压敏陶瓷主要采用传统的高温固相烧结方法制备，此法一般是按一定比例将ZnO、Bi₂O₃和CoO等金属氧化物混合球磨，压制成型，再进行高温固相反应，最后经打磨，抛光等工序制得产品。但该法的问题在于球磨得到的粉体粒度大、团聚严重和形貌不均匀难以制备高质量的纳米粉体材料；现代材料科学要求在发展新材料的同时，探索一种方法工艺简单，成本低廉，低能耗，环境友好的合成路线来合成纳米陶瓷粉体具有极其重要的科学和现实意义，所以探索新的制备工艺已成为研究和开发的热点。

目前制备ZnO压敏陶瓷材料除了固相法以外，主要采用液相法，液相法主要包括沉淀法，水热法，溶胶凝胶法，微乳液法等；在这些方法中沉淀法应用最为普遍，因为沉淀法具有便于操作，工艺简单，适用于大型工业生产等优点；但采用沉淀法合成纳米ZnO粉体时通常需要将得到的前驱体转化为ZnO，该过程一般采用高温烧结来获得稳定的纳米ZnO粉体，该方法得到的纳米ZnO粉体分散性较差，产物产率较低，颗粒大小不均，而且该反应过程需要较高的温度，能耗较高，增加了生产成本。

因此，目前研究的重点是探讨一种新的方法来取代传统的通过高温烧结来获得稳定的纳米复合ZnO粉体；本发明主要采用加热回流法直接合成纳米复合ZnO粉体，从而制得高性能的ZnO压敏陶瓷材料。该方法在实施过程中能耗较低，产物产率较高、物相分散均匀，可以避免因高温烧结而产生的团聚问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZnO压敏陶瓷材料的制备方法，克服传统固相法以氧化物为原料制备纳米复合ZnO粉体存在的缺点，和解决当前ZnO压敏陶瓷材料制备大多需通过粉体烧结生成ZnO粉体，工艺复杂，生产成本高，且得到的氧化锌形貌不均匀，颗粒大小不一的问题，根据加热回流法来改善ZnO粉体微观结构，提高ZnO压敏陶瓷材料的电性能。

本发明所采用的方法涉及到许多因素，如反应物的配比、反应温度、反应时间以及pH值等。它包括以下步骤：

1、纳米复合ZnO粉体的制备

（1）以分析纯的Zn(NO₃)₂·6H₂O，Bi(NO₃)₂·5H₂O，Co(NO₃)₂·6H₂O，MnCl₂·4H₂O为原料，分别配置Zn(NO₃)₂、Bi(NO₃)₂、Co(NO₃)₂、MnCl₂水溶液，以摩尔百分含量计算，按照95%的ZnO,3%的Bi₂O₃,1%的CoO，1%的MnO的配比混合，搅拌均匀。

（2）将氨水缓慢加入步骤（1）得到的混合溶液中，调节pH值为8~8.5，得到混合溶液，继续搅拌至混合均匀。

（3）把步骤(2)所得的沉淀抽滤，并用去离子水和乙醇充分洗涤去除杂质，将得到的前驱体放在水或者乙醇介质中回流2~8h，回流温度控制在70~80℃。

（4）最后将回流得到的粉体抽滤，并用去离子水和乙醇充分洗涤去除杂质，最后在真空干燥箱中干燥，取出后在玛瑙研钵中研磨得到纳米复合ZnO粉体。.

  所述步骤1中配置的Zn(NO₃)₂、Bi(NO₃)₂、Co(NO₃)₂和MnCl₂水溶液浓度均为0.1mol/L。

  所述步骤2中的氨水浓度为10wt%。

  所述步骤4中的干燥指于70℃下干燥4h。

2、ZnO压敏陶瓷的制备