[发明专利]一种氧化锌压敏电阻材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压敏电阻材料制备技术领域，具体地，本发明涉及氧化锌压敏电阻材料及其制备方法。

背景技术

压敏电阻是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变，或者是说“电阻值对电压敏感”的阻器。英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”，或者叫做“Varistor”。压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的“氧化锌”(ZnO)压敏电阻器，它的主体材料有二价元素(Zn)和六价元素氧(O)所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“II-VI族氧化物半导体”。

氧化锌压敏电阻器自1968年问世以来，以其优越的非线性导电特性在电力、电子技术领域被普遍用作线路、设备及元器件的过电压保护和浪涌吸收元件，创造了划时代意义的科技成就。

传统的氧化锌压敏电阻的制备方法，大多是将微米级的ZnO主料、Mn、Co、Cr、Bi、Sb等的氧化物按照一定的比例称量并球磨，最后在1100℃～1500℃的高温下烧结而成。例如CN 101613199A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。所述陶瓷以氧化锌为主相，采用氧化镨为非线性肇始相，并采用少量Co，Cr，Fe或W的氧化物为电位梯度和非线性增强剂，各组分摩尔百分含量如下：ZnO 80～95％，Pr₆O₁₁0.01～15％，CoO 0.01～10.0％，Cr₂O₃ 0.01～8.0％，Fe₂O₃ 0.0～5.0％，WO₃ 0.0～3.0％。所述材料制备方法依次包括“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。该发明的压敏电阻材料晶粒细小、显微组织均匀，电位梯度E(电流密度为1mA/cm²时对应的电位梯度值)提高到570～750V/mm，非线性系数α为24～32，漏电流I_L(75％E对应的电流密度值)为0.0004～0.0006mA/cm²，具有优良的综合电学性能。但是，为了获得高阻抗的晶界层需要在1100℃～1500℃的高温下进行烧结，能耗大，同时，在制备过程中，各种掺杂氧化物的种类和含量等具有一定的局限性，进而使得最终获得的ZnO压敏电阻的各种电性能受到一定的限制，缺乏可控性。P. Duran等利用化学法制备了纳米粉，在两段烧结温度900℃和825℃下制备了电位梯度为2000V/mm的氧化锌压敏电阻(Key Engineering Materials，2002，206-213：1389-1392)。但是，该方法存在工艺复杂、成本高的缺点，难以规模化生产。CN 1273424A公开了一种纳米TiO₂在制备ZnO压敏电阻中的应用，先将纳米TiO₂同分散剂混合均匀，然后再加人ZnO压敏电阻的料方中，采用电子陶瓷工艺，经振磨混合、造粒成型，1260℃烧结，制成ZnO压敏电阻。纳米渗杂ZnO压敏电阻参数性能优于微米TiO₂掺杂，其中，纳米掺杂的ZnO压敏电阻需要在1260℃的高温条件下烧结，这不仅会增大耗电量，而且会缩短烧结炉的适用寿命，从而增加了生产成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种氧化锌压敏电阻材料的制备方法。所述方法通过引入部分纳米化的氧化锌主料，纳米级的氧化物掺杂剂和微米级或/和纳米级的烧结材料，采用高能球磨技术和预烧结技术，最终获得电性能优异的新型氧化锌压敏电阻材料。本发明一方面，由于部分纳米级氧化锌主料、纳米级氧化物掺杂剂和微米级或/和纳米级烧结材料的引入，大大降低了氧化锌压敏电阻的烧结温度；另一方面，将氧化锌压敏电阻材料进行适当的预烧结，有效改善了氧化锌压敏电阻的大电流和小电流特性。同时，通过适当改变微米级或/和纳米级烧结材料的添加比例，可以有效调控氧化锌压敏电阻的综合电性能，并且简化了制备工艺，便于规模化生产。

所述氧化锌压敏电阻材料的制备方法，包括：将微米级氧化锌，纳米级氧化锌、掺杂氧化物和烧结材料混合，然后高能湿磨，预烧结，高能干磨，获得氧化锌压敏电阻材料。

优选地，将制得的氧化锌压敏电阻材料压制成型后进行烧结，获得氧化锌压敏电阻。