[发明专利]一种无铋氧化锌压敏电阻陶瓷片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种无铋氧化锌压敏电阻陶瓷片及其制备方法。所述无铋氧化锌压敏电阻陶瓷片由ZnO、SrO和金属M的氧化物的复合相组成，其中M为Co、Mn、Si中的至少一种；所述ZnO的含量为94 mol%～99.8 mol%，所述SrO和金属M的氧化物的总含量为0.2mol%～6mol%，所述金属M的氧化物的总含量为0～2 mol%；各组分摩尔含量之和为100mol%。

技术领域

本发明涉及一种无铋压敏电阻陶瓷片及其制备方法，属于压敏电阻材料领域。

背景技术

氧化锌压敏电阻器用的压敏电阻陶瓷片由混合生料烧结制成。传统的氧化锌压敏电阻生料以氧化锌(ZnO)为主材料，并包含多种微量的金属化合物，如三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二锑(Sb₂O₃)、二氧化锰(MnO₂)、四氧化三钴(Co₃O₄)等，这些原料经过混合、煅烧、造粒、成型后在高温下烧结而形成多晶多相的压敏电阻陶瓷片。压敏电阻陶瓷片制作简单，成本低廉，由此制备出来的压敏电阻器件非线性系数高，浪涌吸收能力强，因而广泛应用于电力电子系统中的防雷及过电压保护。

而在目前氧化锌压敏电阻器使用的原料中，三氧化二铋(Bi₂O₃)几乎是不可缺少的原料。Bi₂O₃是较低熔点的氧化物(825℃)，在有ZnO的参与下，750℃时便可与ZnO反应生成低共熔体。因此在烧结时，Bi₂O₃可以在晶界处析出液相基质。这种特征有利于润湿晶界，促进晶粒长大。同时，对于其他添加剂(如MnO₂、Cr₂O₃等)，它们的离子可以在富铋基体上迅速扩散，并在晶界处产生缺陷，从而增强了非线性。此外，研究发现，富铋基体可以加速氧的吸收，过量的氧离子填充到晶界的间隙位置，充当电子缺陷来束缚电子，这也是有利于非线性的提高。因此，Bi₂O₃是不可或缺的非线性形成剂。大量实验证明，在缺少Bi₂O₃的情况下，氧化锌压敏电阻片的非线性性能大大降低，无法达到应用的标准。

然而，Bi₂O₃在高温下的高挥发性和高反应活性一定程度上制约了工业生产。其高挥发性容易使得各种添加剂的配比偏离了设计的配方，最终导致压敏电阻的性能发生变化，不利于生产成本的降低。此外，在制造多层片式压敏电阻器的情况下，Bi₂O₃与Ag-Pd内电极之间的高反应性导致性能上的不可挽回的劣化。现迫切需要一种新的不含Bi元素的氧化锌压敏电阻材料来满足未来工业生产的需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种不含有铋元素且有较好非线性性能的氧化锌压敏陶瓷片，及这种无铋氧化锌压敏电阻陶瓷片制备方法。

第一方面，本发明提供一种无铋氧化锌压敏电阻陶瓷片，其特征在于，所述无铋氧化锌压敏电阻陶瓷片由ZnO、SrO和金属M的氧化物(简写MO)的复合相组成，其中M为Co、Mn、Si中的至少一种；所述ZnO的含量为94mol％～99.8mol％，所述SrO和金属M的氧化物的总含量为0.2mol％～6mol％，所述金属M的氧化物的总含量为0～2mol％；各组分摩尔含量之和为100mol％。

较佳的，所述SrO的含量为0.2mol％～4mol％，优选0.5mol％～3mol％。

较佳的，所述无铋氧化锌压敏电阻陶瓷片的非线性系数为3.6～46.4。