[發(fā)明專利]一種高性能Pr系ZnO壓敏陶瓷材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110055176.3
• 申請(qǐng)日: 2011-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN102173778A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王茂華;李剛;王秋麗;姚超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/453
• 分類號(hào): C04B35/453;C04B35/622
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高性能Pr系ZnO壓敏陶瓷材料及制備方法，屬于電子陶瓷制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

ZnO壓敏陶瓷材料是一種以ZnO為主體，添加若干其它金屬氧化物改性的多功能復(fù)合陶瓷材料。它具有非歐姆特性優(yōu)異、響應(yīng)時(shí)間快(20-50ns)、漏電流小、通流容量大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)和電子系統(tǒng)關(guān)鍵的過電壓保護(hù)器件，用于吸收電涌能量，防止電涌對(duì)電子設(shè)備或系統(tǒng)的破壞。隨著電子信息，家電行業(yè)的發(fā)展，對(duì)壓敏電阻器的性能提出了更高的要求。由于Bi系ZnO壓敏陶瓷(非線性肇始相為Bi₂O₃)中添加劑種類較多(6-8種)、液相燒結(jié)過程中活性物質(zhì)Bi₂O₃的強(qiáng)揮發(fā)性和高的活性等缺點(diǎn)，近年來(lái)Pr系ZnO壓敏陶瓷(非線性肇始相為Pr₆O₁₁)越來(lái)越受到研究者的關(guān)注，Pr系ZnO壓敏陶瓷具有添加劑種類少(3-4種)、微觀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于控制，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，然而由于它的燒結(jié)溫度高、能耗大，成本相對(duì)高，且非線性系數(shù)不如Bi系ZnO壓敏陶瓷高，阻礙了它的大規(guī)模應(yīng)用和商業(yè)化。

液相包覆法應(yīng)用于制備Pr系ZnO壓敏陶瓷至今尚未報(bào)道。液相包覆法作為一種化學(xué)法制備ZnO壓敏陶瓷的方法，具有配比容易控制，摻雜組分能夠均勻混合，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，能夠改善ZnO壓敏電阻的微觀結(jié)構(gòu)均勻性、加快陶瓷致密度，大幅降低壓敏陶瓷的燒結(jié)溫度，降低制備過程的成本，從而提高產(chǎn)品性能穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命，提高壓敏陶瓷的非線性性能。因此，目前研究的重點(diǎn)是探索Pr系ZnO壓敏陶瓷材料的配方組成和制備工藝，降低壓敏陶瓷的燒結(jié)溫度。本發(fā)明以納米ZnO為起始原料，利用納米顆粒小，比表面積大，活性高，擴(kuò)散速度高的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合液相沉積工藝對(duì)納米ZnO進(jìn)行表面包覆，制備高性能Pr系ZnO壓敏陶瓷，以達(dá)到降低燒結(jié)溫度和提高壓敏非線性特性的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)Bi系ZnO壓敏陶瓷存在的缺點(diǎn)和改進(jìn)當(dāng)前Pr系ZnO壓敏陶瓷制備中出現(xiàn)的不足，提供一種新型高性能Pr系ZnO壓敏陶瓷材料及制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高性能Pr系ZnO壓敏陶瓷材料，其組分按摩爾百分比含量計(jì)(下同)，包括85%~98%粒度為50~100nm的ZnO、0.1%~5%的Pr₆O₁₁、0.1%~5%的MnCO₃、1%~10%的CoO和0.1%~3%的Y₂O₃。

本發(fā)明還提供了上述高性能Pr系ZnO壓敏陶瓷材料的制備方法，具體工藝和實(shí)施步驟如下：

1、納米復(fù)合ZnO粉體的制備

(1)?分別配制濃度為1mol/L的Pr(NO₃)₃、Co(NO₃)₂、Mn(NO₃)₂、Y(NO₃)₃溶液，換算成氧化物，按照0.1%~5%的Pr₆O₁₁、0.1%~5%的MnO、1%~10%的CoO和0.1%~3%的Y₂O₃的配比混合攪拌均勻；

(2)?按照體積比為1～5:1配制乙二醇和乙醇的混合溶液，加入步驟(1)得到的混合溶液，攪拌1小時(shí)以上。加入85%~98%粒度為50nm~100nm的納米ZnO，40℃下超聲分散2~4小時(shí)，在80℃恒溫?cái)嚢?小時(shí)以上，形成懸浮液；

(3)?把步驟(2)制得的懸浮液在150℃下干燥8小時(shí)，然后在450℃下煅燒6小時(shí)得到ZnO包覆粉體；

(4)?把ZnO包覆粉體在750℃下預(yù)燒2~4小時(shí)，得到納米復(fù)合ZnO粉體。

2、Pr系ZnO壓敏陶瓷的制備

(1)在納米復(fù)合ZnO粉體中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇(?PVA)，在研缽中研磨，并用200目的篩子過篩造粒，在30MPa~80Mpa下壓制成片；

(2)將步驟(1)制得的片狀素坯在1200±50℃下燒結(jié)，空氣氣氛下保溫2~4小時(shí)，升降溫速率2~5℃/min，得到Pr系ZnO壓敏陶瓷；

(3)將步驟(2)制得的Pr系ZnO壓敏陶瓷進(jìn)行打磨，拋光，被銀，制作電極。