[发明专利]一种TiO2压敏陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能陶瓷技术领域，特别涉及一种TiO₂压敏陶瓷材料的制备方法。

背景技术

压敏陶瓷既是功能陶瓷的一种，它是指一定温度下，某一特定电压范围内，具有非线性伏安特性且其电阻随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。目前压敏陶瓷主要有4大类-SiC、TiO₂、SrTiO₃和ZnO四大类。

20世纪80年代，美国贝尔实验室为了取代SiC压敏电阻器，开发出TiO₂系压敏电阻器，它的主体材料是TiO₂，通常添加Nb₂O₅、BaO、SrO和MnO₂等其它氧化物。

TiO₂系压敏电阻陶瓷的特点是生产工艺比较简单、成本低、通流能力和电容量都高于ZnO，最突出的特点是低压化比较容易实现，故成为低压敏电阻器中性能较好的一种。

目前，对TiO₂压敏电阻生产方法的研究主要有稀土掺杂、受主掺杂和施主掺杂等方面。如有不少人提出用Sr做受主掺杂来改变其压敏电压和非线性系数，或通过Nb做施主掺杂等等。但是这些方法制作的样品普遍都存在压敏电压较高，非线性系数较低的缺点，而且这些样品在性能要求上没有使较低的压敏电压和较高的非线性系数两者统一。因此，需要有新的、性能好的TiO₂压敏陶瓷电阻，以使其特有的优越的电性能更好地为工业所利用。

发明内容

本发明提供了一种TiO₂压敏陶瓷材料的制备方法，解决现有的TiO₂压敏电阻压敏电压较高、非线性系数较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种TiO₂压敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Ge粉、Sb₂O₅粉和MnO₂粉加入到TiO₂粉末中混合均匀得到混合物料，在混合物料中Ge粉的质量百分比为1.25％～2.24％，Sb₂O₅粉的质量百分比为0.35％～0.68％，MnO₂粉的质量百分比为0.56％～1.39％；

(2)将步骤(1)制备得到的混合粉末球磨、干燥、过300～350目标准筛后造粒，然后用100～150MPa的压力将粉料压制成块状材料；

(3)将步骤(2)得到的块状材料进行排胶，再在1100～1350℃加热烧结并保温1.5～3h，最后将烧结好的烧结体冷却到室温，得到TiO2压敏陶瓷材料。

其中，优选地，所述Ge粉、所述Sb₂O₅粉和所述MnO₂粉的粒径为25～40μm。

其中，优选地，所述步骤(2)中的球磨过程为加入去离子水或酒精进行球磨。

其中，优选地，所述步骤(3)排胶过程为以3～8℃/min的升温速率升温至400～600℃，保温0.5～1.5h，进行排胶。

其中，优选地，所述步骤(3)中的加热烧结是在高温常压炉中进行。

由于TiO₂材料存在有本征缺陷和钛离子填隙，已使TiO₂变成弱n型半导体。为进一步降低材料的晶粒电阻掺入高价离子Sb⁵⁺，来代替Ti4+形成晶格替位，载流子溶液增加，晶粒的电阻率下降。在降低晶粒电阻率的同时，为了提高晶界势垒，使晶界变成一种具有高电阻率的绝缘层，可以通过陶瓷液相烧结法，使MnO₂分多么好的晶粒的周围来提高晶界势垒的高度，即掺入MnO₂可以起到提高晶界势垒的作用。

本发明有益效果：

(1)本发明采用(Ge、Sb₂O₅、MnO₂)共掺杂TiO₂制备压敏陶瓷和压敏电阻，简化压敏陶瓷电阻的制作工艺，提高TiO₂系压敏陶瓷电阻的性能；

(2)本发明通过Sb₂O₅掺杂法使TiO₂晶体半导化；