[发明专利]In3+

说明书

本发明公开了一种In³⁺、Nb⁵⁺复合施主掺杂制备的ZnO压敏陶瓷及其制备方法，包括有基料和掺杂料，所述基料按重量份计包括有ZnO：87‑95份、Bi₂O₃：2.0‑4.0份、MnO₂：0.4‑0.7份、Sb₂O₃：1.5‑3.5份、Co₂O₃：0.5‑1.5份、Cr₂O₃：0.2‑1.0份、籽晶掺杂料：1‑5份；所述籽晶掺杂料为ZnO、Nb₂O₅和In₂O₃，其质量分数比为ZnO：Nb₂O₅：In₂O₃＝90‑95：0.1‑5：0.1‑5。本发明In³⁺、Nb⁵⁺复合施主掺杂制备的ZnO压敏陶瓷具有既能降低ZnO晶粒电阻率，又能控制ZnO晶格畸变的特点，最终达到ZnO压敏电阻残压低、老化寿命长、脉冲电流耐受强的特点。

技术领域

本发明涉及一种ZnO压敏陶瓷及其制备方法，特别是一种无Al³⁺掺杂的In³⁺、Nb⁵⁺复合施主掺杂ZnO压敏陶瓷及其制备方法。

背景技术

ZnO压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加少量Bi₂O₃、Co₃O₄、MnO₂、Sb₂O₃、Cr₂O₃等原料，采用陶瓷烧结工艺制备而成。压敏电阻具有良好的非线性和大通流能力等优点，它作为雷电浪涌保护元件在电子电路和电力系统中得到了广泛的应用。随着微电子信息技术的迅猛发展，对元器件的小型化、集成化以至模块化要求愈来愈迫切。小型化的电子元件灵敏度高、抗过电压水平低，这提升了电子设备对雷电防护的需求，需要ZnO压敏电阻能有更低的残压保护水平。

在雷电流侵入设备时，ZnO压敏电阻的ZnO晶界导通，其性能主要有ZnO晶粒电阻决定。要降低ZnO压敏电阻的残压，必须降低ZnO压敏电阻的电阻率。

现有方法一：在工业生产中大多采用Al离子作为施主离子添加到ZnO压敏电阻原材料中。一般仅添加了0.005mol％Al离子作为施主离子，因此导致ZnO压敏电阻率降低并不明显。但是如果添加大量的Al离子作为施主离子，又会由于添加Al离子进入尖晶石相和富Bi相中，引起界面态密度下降和势垒高度的降低。使得ZnO压敏电阻的泄漏电流急剧增大，非线性系数下降。

现有方法二：为了能够将施主离子Al有效掺杂到ZnO晶粒中，一些企业改进生产工艺，先将ZnO与Al(NO₃)₃·9H₂O混合，在1200℃～1300℃温度下煅烧，制成籽晶，然后再将籽晶添加到ZnO压敏电阻的配料中，采用陶瓷烧结工艺制备压敏电阻，这样做可以避免Al离子进入尖晶石相和富Bi相中，引起界面态密度下降和势垒高度的降低。上面的方法能达到降低残压的目的，同时也取得一定的效果。为了能降低ZnO晶粒电阻，除了采用上面的籽晶二步法生产工艺外，往往掺杂大量的施主离子Al。但由于Al离子半径仅为0.0535nm，而Zn离子半径为0.074nm，两者的离子半径相差比较大，形成施主掺杂后导致ZnO晶格畸变严重，这必然导致ZnO压敏电阻老化寿命、脉冲电流耐受等性能指标大幅下降，已不能满足工业应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于，开发一种无Al³⁺掺杂的ZnO压敏陶瓷配方及制备方法，本发明In³⁺、Nb⁵⁺复合施主掺杂制备的ZnO压敏陶瓷具有既能降低ZnO晶粒电阻率，又能控制ZnO晶格畸变的特点，最终达到ZnO压敏电阻残压低、老化寿命长、脉冲电流耐受强的特点。