[发明专利]一种ZnO压敏电阻低压化添加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压敏材料，具体是一种可以降低ZnO压敏电阻压敏电压的添加剂及其制备方法。

背景技术

ZnO压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加少量的Bi₂O₃，Co₂O₃，MnO₂，Cr₂O₃等氧化物，采用传统的陶瓷制备工艺烧结而成。由于其具有非线性系数高、响应速度快、漏电流小和制造成本低等特点，已成为应用最广的压敏电阻材料之一。其中低压压敏电阻器可广泛应用于汽车工业、通讯设备、铁路信号、微型电机及各种电子器件的保护，随着电子产品的小型化、集成化的发展，对低压压敏电阻的需求量越来越大（张丛春，周东祥等，低压ZnO压敏电阻材料研究及其发展概况[J]，功能材料，2001,32（4），343-347）。

目前，ZnO压敏电阻低压化途径主要有：（1）利用高压配方，减小压敏陶瓷片的厚度。主要通过压膜成型来实现陶瓷的薄膜化以制备成等效厚度很小的叠层片式压敏电阻，但是该方法对制备工艺及其设备要求较高，造价昂贵。（2）增大ZnO的平均晶粒尺寸，通过籽晶法或加入晶粒助长剂等方法实现。籽晶法过程中，籽晶的制备及筛选耗时长，工艺复杂，材料均匀性较差。相比而言，添加促进晶粒生长的添加剂是目前低压化最简单最有效的方法。然而，一般情况下，促进晶粒长大的氧化物添加剂会在不同程度上降低压敏电阻的非线性系数。因此，制备一种不会降低非线性系数，甚至增大非线性系数的促进晶粒生长剂，对于ZnO压敏电阻低压化发展是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以降低ZnO压敏电阻压敏电压的添加剂。该添加剂制备工艺简单，化学性质稳定。向ZnO压敏陶瓷初始粉料中添加一定量的该材料可以促进ZnO晶粒长大，降低压敏电压，并且能在一定程度上增大压敏陶瓷的非线性系数。

本发明提供的ZnO压敏电阻低压化添加剂，化学元素组成为Bi、Cr和O，相结构组分为Bi₂O₃、Bi_7.38Cr_0.62O_12+x（0﹤x﹤0.93）和Bi₁₄CrO₂₄。

所述的ZnO压敏电阻低压化添加剂的制备方法，其步骤如下：

（1）按摩尔比为Bi₂O₃：Cr₂O₃=18:1进行称量配置原料；

（2）以无水乙醇或去离子水为溶剂，将称好的Bi₂O₃和Cr₂O₃原料混合，球磨0.5-2 h；

（3）球磨后的原料烘干后，将粉料放入坩埚中，或压成片状在750℃下煅烧2-4 h；

（4）将煅烧后的粉料粉碎，球磨，干燥后，过50-100目筛，得到ZnO压敏电阻低压化添加剂。

前面所述的制备方法，优选的方案是：步骤（1）按摩尔比Bi₂O₃：Cr₂O₃=18:1称量配置原料。

前面所述的制备方法，优选的方案是：步骤（2）球磨0.6-1.5 h（优选的，球磨1.2 h）。

前面所述的制备方法，优选的方案是：步骤（3）煅烧2.5-3.5 h（优选的，3.0h）；

所述的ZnO压敏电阻低压化添加剂的应用，其特征是：用量为3-5 wt%（优选的，用量为5 wt%）。

本发明提供的ZnO压敏电阻低压化添加剂，是由Bi、Cr、O三种元素组成的化合物，由Bi₂O₃相和两种焦绿石相组成，其焦绿石相的化学成分分别为Bi_7.38Cr_0.62O_12+x和Bi₁₄CrO₂₄。根据ZnO压敏电阻基体配方的不同，向初始粉料中加入3-5 wt%的该添加剂，再按照传统方法制备压敏陶瓷，即可降低ZnO压敏电阻的压敏电压。