[发明专利]一种氧化硅包覆改性ZnO压敏陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化硅包覆改性ZnO压敏陶瓷材料的制备方法，通过一种简单的液相法制备单分散氧化锌压敏复合粉体，然后，使用复合粉体的前驱体作为核心模板，通过在粉体的表面水解正硅酸乙酯（TEOS），成功地制备出二氧化硅均匀包覆改性氧化锌复合粉体材料，进一步通过成型烧结制备氧化锌压敏陶瓷材料，其击穿电压和非线性电性能得到很大提高，同时材料降低烧结温度降低100‑200℃。

技术领域

本发明属于电子陶瓷制备及应用技术领域，特别涉及一种氧化硅包覆改性ZnO压敏陶瓷材料的制备方法。

背景技术

氧化锌的禁带宽度为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV，在磁光电领域广泛应用的一种半导体氧化物材料。氧化锌压敏功能材料是具有优良非线性伏安特征和高能量吸收能力的半导体器件，在一定电流范围内电阻值随电压而变，现在大量使用的ZnO电压敏功能材料是以ZnO为主体，添加若干其它氧化物（主要为过渡金属氧化物），它具有非欧姆特性优异、响应时间快（20-50ns）、漏电流小、通流容量大等优点，用于吸收电涌能量，防止电涌对电子设备或系统的破坏，广泛应用于各种电子电路、设备、电力系统的过电压保护。

随着现代电子设备小型化需求的增加，制备具有高击穿电压和非线性系数的氧化锌压敏电阻是相当必要的。传统制备氧化锌压敏电阻的方法是机械球磨法，此工艺简单实用、成本较低，但由于其采用多种固体氧化物粉末经过机械混合、压制和烧结来合成制品，很难保证成分均匀准确，无法从根本上解决产品成分均匀性问题，并且该工艺需要在高温（1200℃）条件下烧结，粉体颗粒尺寸大且团聚严重。此外，根据研究发现每个氧化锌陶瓷粒晶粒的电压降是1.5~3.0V，并且烧结体的击穿电压是与晶粒边界的数目成正比的。因此需要更小和更均匀分散的氧化锌陶瓷晶粒，从而提供更多的晶粒边界得到高击穿电压。其中最重要的方法是抑制氧化锌晶粒生长。通过非金属氧化物烧结助剂均匀包覆改性氧化锌复合粉体，可以有效的控制陶瓷的微观结构，在高温烧结过程中抑制氧化锌陶瓷晶粒的快速生长。

作为常规固相混合法制备电子功能陶瓷的优良助烧剂，二氧化硅（SiO2）在微观结构调控和降低烧结温度上显示出积极的作用，包括在烧结过程中抑制陶瓷晶粒的生长，在功能陶瓷的烧结过程中，SiO2与其它组成形成了低共熔点，根据过渡液相烧结机制，其在烧结初期会先形成液相，降低烧结温度，然后在烧结后期作为掺杂物进入晶格，改良陶瓷性能。暨南大学陈伟业在优化了材料性能的前提下，通过在氧化铅压电陶瓷中加入SiO2使其烧结温度从1300℃降低到1020℃，陶瓷材料的晶粒生长均匀一致。

发明内容

本发明成功地通过一种简单的液相法制备单分散氧化锌压敏复合粉体，然后，使用复合粉体的前驱体作为核心模板，通过在粉体的表面水解正硅酸乙酯（TEOS），成功地制备出二氧化硅均匀包覆改性氧化锌复合粉体材料， 进一步通过成型烧结制备氧化锌压敏陶瓷材料，结果表明氧化锌压敏陶瓷的击穿电压和非线性电性能得到很大提高，同时材料降低烧结温度降低100-200℃。

为了达到以上目地，本发明的主要技术内容如下：

一种氧化硅包覆改性ZnO压敏陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

a、制备单分散ZnO复合粉体；

b、将单分散氧化锌复合粉体放入三口烧瓶中，加入乙醇溶液后通过超声将粉体均匀分散在溶液中；烧杯中加入水和氨水并搅拌，使复合粉体的表面活化；把不同量正硅酸乙酯（TEOS）装入分液漏斗中，分别逐滴加入到上述混合溶液中作对照试验；离心收集沉淀包覆改性粉体，放入烘箱进行干燥处理，之后在马弗炉中高温煅烧得到复合粉体；

c、将b步骤制成的复合粉体中加入质量分数为2～5%聚乙烯醇，并将其在80～150Mpa压力下通过液压机压制成圆形坯片；再将其放入高温炉中1000～1300℃下烧结1～3h，其中加热和冷却温度梯度均为3～5℃/min；烧结完毕后将银膏涂敷在陶瓷圆片的两面，放入高温炉子中400～700℃条件下热处理10～20min后测试其电特性。