[發明專利]一種氧化鋅壓敏電阻材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010538897.5
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN102020463A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 劉豐華;許高杰;段雷;李勇;崔平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;H01C7/112
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

技術領域

本發明涉及壓敏電阻材料技術領域，具體涉及一種高非線性氧化鋅壓敏電阻材料及其制備方法。

背景技術

氧化鋅壓敏電阻由于其優異的壓敏特性，自問世以來一直備受研究者的注意，并在世界各國避雷器中得到廣泛應用。通常的氧化鋅壓敏電阻材料都是以ZnO為主要成分，通過添加Bi₂O₃、Sb₂O₃、Mn_O2、Co₂O₃、Cr₂O₃等金屬氧化物(一般含8-10種)按普通電子陶瓷工藝制造而成的燒結體(或陶瓷)。這些添加劑按作用機理可分為三類：(1)促進氧化鋅壓敏陶瓷形成晶界結構的添加物，如Bi₂O₃、BaO、SrO、PbO、Pr₂O₃等，它們主要的影響是促進液相燒結并形成陷阱和表面態而使氧化鋅壓敏電阻材料具有非線性；(2)改善氧化鋅壓敏陶瓷電氣性能非線性特性的添加物，如MnO、Co₂O₃、Cr₂O₃、Al₂O₃等，它們的一部分為施主雜質所固溶于ZnO晶粒中提供載流子，其余部分則在晶界上形成陷阱和受主態而提高了勢壘的高度；(3)提高可靠性的添加物，如Sb₂O₃、SiO₂、NiO、CeO₂和少量玻璃料，它們的主要作用是提高氧化鋅壓敏陶瓷對電壓負荷和環境(如溫度和濕度)的影響的穩定性。

根據添加劑的不同，氧化鋅壓敏電阻一般分成不同的材料體系，其中應用最廣泛的是ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃系壓敏電阻材料，該材料體系中除Bi₂O₃、Sb₂O₃用作添加劑外，還添加了少量的MnO、Co₂O₃、NiO、Cr₂O₃等過渡金屬氧化物。ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃系壓敏電阻材料的微觀結構由晶粒和晶界兩部分組成，其中晶粒相為氧化鋅相，晶界相一般包括富鉍相和鋅銻尖晶石相；該材料體系具有較好的電壓敏綜合性能，但燒結溫度較高，高的燒結溫度一則容易使瓷片發生形變，影響瓷片電極的涂覆質量，從而影響到產品率，二則容易使低熔點組分(Bi₂O₃、Sb₂O₃)過量揮發，導致器件電壓敏參數下降。為適度降低燒結溫度，中國專利申請CN02122851.5中公開了在氧化鋅壓敏材料中添加一些有助晶粒生長的氧化物，其特點是：添加少量氧化鈦或氧化硼，其中氧化鈦的添加量不超過氧化鋅重量的5％，氧化硼的添加量不超過氧化鋅重量的1％；其加入方式為先將氧化鈦或氧化硼與其它添加劑一起混合預燒調制成粉末，然后再將調制成的粉末與氧化鋅混合均勻再燒結成瓷。該方法雖然燒結溫度有所減低但制備過程相對復雜，且其主要的幾項電壓敏參數(非線性系數、漏電流、電流通流容量和通流后壓敏電壓變化率)的優化還不理想。

發明內容

本發明提供了一種綜合性能優越、成本低廉的氧化鋅壓敏電阻材料。

本發明還提供了一種氧化鋅壓敏電阻材料的制備方法，該方法制備工藝簡單、成本低，適于工業化生產。

一種氧化鋅壓敏電阻材料，由如下原料制成：ZnO、Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、Cr₂O₃、MnCO₃、NiO、Al₂O₃和硼的氧化物；

其中，硼的氧化物以B₂O₃換算計與ZnO的重量比為2.1～20∶100；