[发明专利]一种低温烧结氧化锌压敏电阻材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温烧结氧化锌(ZnO)压敏电阻材料及其制备方法，属于压敏电阻材料技术领域。

背景技术

氧化锌压敏陶瓷是以氧化锌为主体，适当添加Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、NiO、MnO₂等氧化物而制备的功能电子陶瓷。氧化物添加剂除少量与ZnO固溶，在烧结过程中使ZnO半导化外，其余主要在ZnO晶粒之间形成高阻晶界，由于晶界的存在，使其表现出优良的非线性性能，广泛用于制造各种半导体器件的过电压保护、电子设备的雷击流通涌保护、各种负荷开关的浪涌吸收、各种装置中的瞬间脉冲抑制等电子保护装置。

多层片式压敏变阻器MLV(Multilayer Chip Varistor)采用片式电容(MLCC)的多层结构，由多个分离的压敏电阻并联而成，与传统的单圆片带引线的压敏电阻相比，具有体积小、通流量大、响应速度快、可直接表面贴装等优点，成功解决了压敏电阻的低压化和小型化问题，并且适合表面安装技术(SMT)的要求，因此MLV成为压敏电阻的研究热点和未来发展方向。

MLV按照烧结温度可分为高温和低温烧成，高温为1150～1250℃，低温为900℃左右，高温烧成用的内电极通常为70Ag-30Pd，甚至纯Pd或Pt，贵金属的含量比较高，生产成本高；低温烧成有可能降低内电极的Pd含量，降低成本。研究发现在Pd-Ag内电极与陶瓷料共烧过程中，Ag离子容易扩散进入陶瓷体中，导致多层片式压敏电阻的漏电流较大。对于ZnO-Bi₂O₃系生片材料来说，当用Pd30/Ag70做内电极并且Bi₂O₃的含量在配方中超过1mol％时，Bi₂O₃极易与内电极材料钯起反应，使内电极的导电性能受到严重影响，甚至丧失导电能力。即使Bi₂O₃的含量小于1mol％，仍可以通过扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)和透射电镜-能谱分析(TEM-EDS)观察到内电极中有Bi₂O₃的不均匀分布，这是烧结过程中Bi₂O₃迁移到内电极所致。其结果是多层压敏电阻器的压敏电压和非线性系数等参数的一致性较差。降低烧结温度是控制内电极扩散的有效途径。

目前大多低温烧结的陶瓷配方中都添加了一定量的有毒元素Pb，比如美国专利US5369390提出的一种多层ZnO变阻器，主要通过在配方中添加由PbO、B₂O₃、ZnO和SiO₂组成的玻璃料，来降低烧结温度。美国专利US5973589“可低温烧结的ZnO压敏陶瓷”在配方中添加V₂O₅，使多层片式压敏电阻器在900～950℃的温度范围内烧结，从而降低多层压敏电阻瓷体中内电极的贵金属含量，降低生产成本。中国专利CN1564270A“低温烧结ZnO多层片式压敏电阻器及其制造方法”，公开了一种低温烧结添加剂(主要由Bi₂O₃、Sb₂O₃、B₂O₃、TiO₂组成)来降低压敏电阻器陶瓷烧结温度的方法，但TiO₂会减小压敏电阻的非线性系数及增加压敏电阻的漏流，劣化压敏电阻的性能。同时无铅化、低毒化是国际环境保护的必然趋势，因此有必要开发出低温烧结的、综合性能良好的无铅化ZnO压敏陶瓷材料及其制备技术。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足和问题，本发明的目的是提供一种可低温烧结的、综合性能良好的无铅化氧化锌压敏电阻材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：