[发明专利]一种ZnO压敏电阻材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种ZnO压敏电阻材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将ZnO与掺杂剂混合，经球磨后得到ZnO复合粉体，然后进行造粒、过筛、压制成生坯、排胶；(2)将ZnO与Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₂O₃混合，经球磨后得到牺牲粉；(3)采用叠层法将生坯放置于牺牲粉上表面，进行两步烧结：其中，第一步预烧至温度为850～900℃，记为预烧最高温度；第二步烧结温度为1000～1050℃。本发明采用两步烧结法，能够使烧成的样品具有良好的显微结构、高的致密度以及均匀的含Bi第二相分布，在最终烧结时可降低烧结温度，第二步烧结温度为1050℃，低于一般ZnO压敏电阻材料1100℃以上的烧结温度。

技术领域

本发明涉及一种电阻材料的制备方法，尤其涉及一种ZnO压敏电阻材料的制备方法。

背景技术

ZnO压敏电阻是以ZnO为重要原料，以Bi₂O₃、Sb₂O₃、MnO₂、Co₂O₃、Ni₂O₃等为掺杂剂而制备的多晶半导体材料。由于优秀的非线性I-V特性，快速的时间响应和高的浪涌吸收能力，ZnO压敏电阻被广泛的应用于过压保护以及抗浪涌设备中。

纯净的ZnO是非化学计量比的n型半导体，其伏安特性是线性的。为了使其具有非线性，必须在ZnO中添加多种氧化物，其中最主要的就是Bi₂O₃和其他掺杂剂，并且经1100℃以上温度烧结而成。其中，Bi₂O₃主要起液相助烧剂和使陶瓷获得非线性的作用，是构成ZnO压敏电阻高阻晶界网络骨架结构必不可少的成分。但是Bi₂O₃熔点为825℃，在高温烧结时易挥发，使得ZnO压敏电阻致密度下降，结构均匀性变差，漏电流增大，非线性系数减小。Sb₂O₃是生成尖晶石相Zn₇Sb₂O₁₂的主要成分，该相主要存在于晶粒边界，可抑制ZnO晶粒的长大，对提高压敏电压有重要作用，但Sb₂O₃熔点为655℃，高温下易挥发。Co₂O₃在烧结过程中可以部分固溶于ZnO晶粒中，起到施主掺杂的作用，对提高ZnO晶粒的电导率有很大帮助，可以改善ZnO压敏电阻非线性以及稳定性，但是Co₂O₃的熔点为895℃，高温下易挥发。

目前对于ZnO-Bi₂O₃系压敏电阻，大部分采用高能球磨制备高烧结活性粉末、湿化学法、添加烧结助剂以及两步烧结法来降低烧结温度达到抑制掺杂剂挥发的目的。高能球磨法得到的粉体纯度较低，并且颗粒尺寸分布不均匀；湿化学法所需原料成本较高，工艺较为复杂，并不适合大规模的工业化生产；添加助烧剂降低烧结温度的方法工艺简单，可以产业化，但是大多数采用助烧剂的陶瓷配方中都添加了适量的元素Pb，Pb是有毒的。专利US102553“ZnO压敏电阻的低温烧结能力”在配方中添加适量V₂O₅，900℃烧结2h，获得的ZnO压敏电阻非线性系数50，漏电流20μA，但是其漏电流较大。专利CN104261838A提出的“一种制备ZnO压敏陶瓷的两步烧结方法”采用两步烧结法在1200℃制备ZnO压敏陶瓷，但是其采用的是湿化学法中溶胶-凝胶法，并且烧结温度(1200℃)较高。

因此，为了得到压敏性能良好的ZnO压敏电阻，有必要开发出抑制掺杂剂挥发的、综合性能良好的ZnO压敏电阻材料及其制备方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能抑制掺杂剂挥发、综合性能良好的ZnO压敏电阻材料的制备方法。