[发明专利]一种高性能氧化锌复合陶瓷压敏电阻材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能氧化锌复合陶瓷压敏电阻材料及制备方法，属于电子陶瓷制备及 应用技术领域。

背景技术

氧化锌复合陶瓷压敏电阻材料是一种广泛使用的限制瞬态浪涌电压的电子陶瓷材料。氧 化锌压敏电阻的材料组成和微观结构对材料性能影响很大，对材料配方和烧制工艺要求非常 严格；目前商用氧化锌压敏电阻采用铋系(非线性肇始相为氧化铋)压敏电阻材料配方(Gupta TK.Journal of the American Ceramic Society，1990；73：p1817)。但该体系材料配方所需微量添 加剂种类较多，并且在烧结过程中氧化铋有强烈的挥发性和高的反应活性，前者改变了各组 分的相对比值从而改变压敏电阻的性能，后者破坏了组成整体电阻片的微电阻结构，同时铋 系压敏电阻材料中容易生成绝缘的尖晶石相，从而大大降低了压敏电阻的浪涌吸收能力。而 使用镨系(非线性肇始相为氧化镨)压敏电阻材料配方，不但可以减少有效成分的挥发，生 成的两相结构(包括氧化锌晶粒和以氧化镨为主成份的晶界相两相)增加了晶粒边界的有效 面积，提高了压敏电阻的通流能力；同时，镨系压敏电阻材料所需微量添加剂种类较少，便 于控制材料的组成和微观结构的均匀性，有利于产品性能的提高。目前，重要的研究工作是 探索各种电位梯度和非线性增强剂的作用和剂量，优化其制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服传统氧化锌铋系复合陶瓷压敏电阻材料中存在的不足，提出一种 新的氧化锌压敏电阻的材料及其制备方法。该材料组分简单、挥发性成份少，制备工艺更加 简单、经济、可靠，掺杂元素更容易实现精确可控，材料微观结构更加均匀、致密，用此种 材料制作的电阻片不仅能显著提高材料电位梯度和非线性系数，提高其综合性能，也有利于 电阻片体积的小型化设计。

本发明提出的材料配方，其特征在于，所述陶瓷以氧化锌为主相，采用氧化镨为非线性 肇始相，并采用Co、Cr、Fe或W的氧化物一种以上为电位梯度和非线性增强剂。

在上述配方中，所述主相ZnO摩尔百分含量为80～95％。

在上述配方中，所述Pr₆O₁₁非线性肇始相摩尔百分含量为0.01～15％。

在上述配方中，所述电位梯度和非线性增强剂为Co、Cr、Fe或W的氧化物一种以上， 其相应摩尔百分含量分别为：CoO 0.01～10.0％，Cr₂O₃ 0.01～8.0％，Fe₂O₃ 0.0～5.0％，WO₃0.0～3％。

本发明提出的所述材料的相应制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括“混料→ 高能球磨→烘干→混合整粒→过筛→模压成型→烧结→被银”工艺步骤。

在上述制备方法中，在对所述氧化锌压敏电阻陶瓷粉料进行混料时，同时加入0～10％(质 量分数)的分散剂和粘结剂。

在上述制备方法中，所述高能球磨中混合粉末∶氧化锆磨球∶去离子水质量比为 1∶(2～10)∶(2～5)，球磨12～72小时。

在上述制备方法中，所述烘干采用真空干燥或常压干燥方法，温度40-250℃，时间12-96 小时。

在上述制备方法中，所述混合整粒、过筛后，复合陶瓷粉料晶粒小于0.1μm，团聚体小 于0.15mm。

在上述制备方法中，所述烧结的制度为：在电炉中和空气全循环环境下烧结，升温速度 1～5℃/min，300～500℃保温排胶1～5小时，在最高温度下1100-1500℃下保温0.5～5小时， 然后随炉冷却。

在上述制备方法中，所述被银工艺为，将样品两极均匀涂抹上特制银浆，并在300-750℃ 下保温0.5～4小时焙干。