[发明专利]一种高电位梯度压敏陶瓷材料的低温烧结方法

说明书

技术领域

本发明属于高电位梯度氧化锌铋系压敏陶瓷材料及其低温烧结领域，具体是涉及一种高电位梯度ZnO-Bi₂O₃系压敏陶瓷材料及其低温烧结方法。

背景技术

随着高压电力系统等的发展，对用于保护电力等系统的压敏电阻器的压敏电压的要求也越来越高。而氧化锌(ZnO)压敏电阻器是一种是以ZnO为主体材料，添加多种其它微量元素，用陶瓷工艺制成的多晶半导体器件。它以非线性系数大、响应速度快、通流能力强等优异的电学性能迅速成为用于保护电力等系统的主导材料(1. M. Matsuoka. Nonohmic Properties of Zinc OxideCeramics. Japanese Journal of Applied Physics, 1971, (10):736-746. 2. Leach,C.,Grain boundary structures in zinc oxide varisrors. J. Acta. Materialia, 2005, 53(2): 237~141. 3. T．K. Gupta.Application of ZnO Oxide Varistors. Journal of the American Ceramic S℃iety. 1990, 73: 1817—1840.)。

氧化锌压敏陶瓷的晶粒大小和晶界层数决定其压敏电压。晶粒越小，晶界层数就越多，氧化锌压敏陶瓷的压敏电压也越高。为了得到高压敏电压的氧化锌压敏陶瓷，很多学者利用湿化学法合成ZnO粉体研究，以期获得晶粒较小的氧化锌压敏陶瓷材料。例如，袁方利等采用化学沉淀法制备ZnO压敏陶瓷粉体，其烧结温度较常规固相烧结法（1100-1200℃）降低了100℃左右，压敏电压较同组分传统固相法制备的压敏电压提高了50V/mm (袁方利，凌远兵，李晋林，季幼章，“化学共沉淀粉体制备ZnO压敏电阻”，无机材料学报，1998, 13[2]: 171-175.)；Chu等研究了采用溶胶-凝胶法制备ZnO-Bi₂0₃系压敏粉体，与传统粉体制备工艺相比，其烧结温度降低了200℃，在1000℃烧结时其密度达到5.4g/cm³，压敏电压也有所提高（Chu S. Y., Yan T. M., Chen S. L., “Analysis of ZnO varistors prepared by sol-gel method”, Ceram. Inter., 2000, 26[7]: 733-737.）。

但是普通湿化学方法采用可溶性盐做为原料，而稀土元素的可溶性盐价格昂贵，并且不易较大量的制备陶瓷粉体材料，限制了在工业上的应用。

发明内容

本发明旨在提供一种高电位梯度ZnO-Bi₂O₃系压敏陶瓷材料及其低温烧结方法。在添加适量的B₂O₃后，不仅使ZnO-Bi₂O₃系压敏材料的烧结温度降低，而且其压敏场强可以在600V/mm~1450V/mm范围内可调，并且ZnO-Bi₂O₃系压敏材料的非线性系数大于40、漏电流小于等于0.10μＡ。本发明不仅为低温烧结压敏电阻材料提供了有效的方法，还为多层压敏电阻器件制备中使用纯银做为内电极材料创造了条件。本发明得到国家“863”计划（2013AA030501）、山东省自然科学基金（ZR2012EMM004，）、山东省博士基金(No. BS2010CL010)的资助。

一类高电位梯度ZnO-Bi₂O₃系压敏陶瓷材料的低温烧结方法，其步骤如下：

(1)按摩尔比为(100-y-z-m-n-p)%：y% ：z% ：m% ：n% ：p%分别称取ZnO、Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、MnO₂和Cr₂O₃原材料，其中y=0~2, z=0~1, m=0~1, n=0~1, p=0~1；