[發明專利]Y3+

有效

• 申請號: 201710239613.4
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106904959B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 龐馳;張寧;方超;周芳
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/626;C04B35/634;C04B35/638;H01C7/112
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 張梅

本發明公開了一種Y³⁺、Ga³⁺復合施主摻雜制備的ZnO壓敏陶瓷及其制備方法，包括有基料和摻雜料，所述基料按重量份計包括有ZnO：87?95份、Bi₂O₃：2.0?4.0份、MnO₂：0.4?0.7份、Sb₂O₃：1.5?3.5份、Co₂O₃：0.5?1.5份、Cr₂O₃：0.2?1.0份、籽晶摻雜料：1?5份；所述籽晶摻雜料為ZnO、Ga₂O₃和Y₂O₃，其質量分數比為ZnO：Ga₂O₃：Y₂O₃＝90?95：0.1?5：0.1?5。本發明Y³⁺、Ga³⁺復合施主摻雜制備的ZnO壓敏陶瓷具有既能降低ZnO晶粒電阻率，又能控制ZnO晶格畸變的特點，最終達到ZnO壓敏電阻殘壓低、老化壽命長、脈沖電流耐受強的特點。

技術領域

本發明涉及一種ZnO壓敏陶瓷及其制備方法，特別是一種無Al³⁺摻雜的Y³⁺、Ga³⁺復合施主摻雜ZnO壓敏陶瓷及其制備方法。

背景技術

ZnO壓敏電阻是以ZnO為主要原料，添加少量Bi₂O₃、Co₃O₄、MnO₂、Sb₂O₃、Cr₂O₃等原料，采用陶瓷燒結工藝制備而成。壓敏電阻具有良好的非線性和大通流能力等優點，它作為雷電浪涌保護元件在電子電路和電力系統中得到了廣泛的應用。隨著微電子信息技術的迅猛發展，對元器件的小型化、集成化以至模塊化要求愈來愈迫切。小型化的電子元件靈敏度高、抗過電壓水平低，這提升了電子設備對雷電防護的需求，需要ZnO壓敏電阻能有更低的殘壓保護水平。

在雷電流侵入設備時，ZnO壓敏電阻的ZnO晶界導通，其性能主要有ZnO晶粒電阻決定。要降低ZnO壓敏電阻的殘壓，必須降低ZnO壓敏電阻的電阻率。

現有方法一：在工業生產中大多采用Al離子作為施主離子添加到ZnO壓敏電阻原材料中。一般僅添加了0.005mol％Al離子作為施主離子，因此導致ZnO壓敏電阻率降低并不明顯。但是如果添加大量的Al離子作為施主離子，又會由于添加Al離子進入尖晶石相和富Bi相中，引起界面態密度下降和勢壘高度的降低。使得ZnO壓敏電阻的泄漏電流急劇增大，非線性系數下降。

現有方法二：為了能夠將施主離子Al有效摻雜到ZnO晶粒中，一些企業改進生產工藝，先將ZnO與Al(NO₃)₃·9H₂O混合，在1200℃～1300℃溫度下煅燒，制成籽晶，然后再將籽晶添加到ZnO壓敏電阻的配料中，采用陶瓷燒結工藝制備壓敏電阻，這樣做可以避免Al離子進入尖晶石相和富Bi相中，引起界面態密度下降和勢壘高度的降低。上面的方法能達到降低殘壓的目的，同時也取得一定的效果。為了能降低ZnO晶粒電阻，除了采用上面的籽晶二步法生產工藝外，往往摻雜大量的施主離子Al。但由于Al離子半徑僅為0.0535nm，而Zn離子半徑為0.074nm，兩者的離子半徑相差比較大，形成施主摻雜后導致ZnO晶格畸變嚴重，這必然導致ZnO壓敏電阻老化壽命、脈沖電流耐受等性能指標大幅下降，已不能滿足工業應用的需求。

發明內容

本發明的目的在于，開發一種無Al³⁺摻雜的ZnO壓敏陶瓷配方及制備方法，本發明Y³⁺、Ga³⁺復合施主摻雜制備的ZnO壓敏陶瓷具有既能降低ZnO晶粒電阻率，又能控制ZnO晶格畸變的特點，最終達到ZnO壓敏電阻殘壓低、老化壽命長、脈沖電流耐受強的特點。