[發明專利]一種低溫燒結氧化鋅壓敏電阻材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210093922.2
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102617126A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 程麗紅;李國榮;鄭嘹贏;肖祥凱;阮學政
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/622;H01C7/112
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種低溫燒結氧化鋅(ZnO)壓敏電阻材料及其制備方法，屬于壓敏電阻材料技術領域。

背景技術

氧化鋅壓敏陶瓷是以氧化鋅為主體，適當添加Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、NiO、MnO₂等氧化物而制備的功能電子陶瓷。氧化物添加劑除少量與ZnO固溶，在燒結過程中使ZnO半導化外，其余主要在ZnO晶粒之間形成高阻晶界，由于晶界的存在，使其表現出優良的非線性性能，廣泛用于制造各種半導體器件的過電壓保護、電子設備的雷擊流通涌保護、各種負荷開關的浪涌吸收、各種裝置中的瞬間脈沖抑制等電子保護裝置。

多層片式壓敏變阻器MLV(Multilayer?Chip?Varistor)采用片式電容(MLCC)的多層結構，由多個分離的壓敏電阻并聯而成，與傳統的單圓片帶引線的壓敏電阻相比，具有體積小、通流量大、響應速度快、可直接表面貼裝等優點，成功解決了壓敏電阻的低壓化和小型化問題，并且適合表面安裝技術(SMT)的要求，因此MLV成為壓敏電阻的研究熱點和未來發展方向。

MLV按照燒結溫度可分為高溫和低溫燒成，高溫為1150～1250℃，低溫為900℃左右，高溫燒成用的內電極通常為70Ag-30Pd，甚至純Pd或Pt，貴金屬的含量比較高，生產成本高；低溫燒成有可能降低內電極的Pd含量，降低成本。研究發現在Pd-Ag內電極與陶瓷料共燒過程中，Ag離子容易擴散進入陶瓷體中，導致多層片式壓敏電阻的漏電流較大。對于ZnO-Bi₂O₃系生片材料來說，當用Pd30/Ag70做內電極并且Bi₂O₃的含量在配方中超過1mol％時，Bi₂O₃極易與內電極材料鈀起反應，使內電極的導電性能受到嚴重影響，甚至喪失導電能力。即使Bi₂O₃的含量小于1mol％，仍可以通過掃描電鏡-能譜分析(SEM-EDS)和透射電鏡-能譜分析(TEM-EDS)觀察到內電極中有Bi₂O₃的不均勻分布，這是燒結過程中Bi₂O₃遷移到內電極所致。其結果是多層壓敏電阻器的壓敏電壓和非線性系數等參數的一致性較差。降低燒結溫度是控制內電極擴散的有效途徑。

目前大多低溫燒結的陶瓷配方中都添加了一定量的有毒元素Pb，比如美國專利US5369390提出的一種多層ZnO變阻器，主要通過在配方中添加由PbO、B₂O₃、ZnO和SiO₂組成的玻璃料，來降低燒結溫度。美國專利US5973589“可低溫燒結的ZnO壓敏陶瓷”在配方中添加V₂O₅，使多層片式壓敏電阻器在900～950℃的溫度范圍內燒結，從而降低多層壓敏電阻瓷體中內電極的貴金屬含量，降低生產成本。中國專利CN1564270A“低溫燒結ZnO多層片式壓敏電阻器及其制造方法”，公開了一種低溫燒結添加劑(主要由Bi₂O₃、Sb₂O₃、B₂O₃、TiO₂組成)來降低壓敏電阻器陶瓷燒結溫度的方法，但TiO₂會減小壓敏電阻的非線性系數及增加壓敏電阻的漏流，劣化壓敏電阻的性能。同時無鉛化、低毒化是國際環境保護的必然趨勢，因此有必要開發出低溫燒結的、綜合性能良好的無鉛化ZnO壓敏陶瓷材料及其制備技術。

發明內容

針對現有技術所存在的上述不足和問題，本發明的目的是提供一種可低溫燒結的、綜合性能良好的無鉛化氧化鋅壓敏電阻材料及其制備方法。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：