[發明專利]一種無鉍氧化鋅壓敏電阻陶瓷片及其制備方法

在審

• 申請號: 202011144985.7
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112321296A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 李國榮;陳浩賢;鄭嘹贏;田甜;曾江濤;陳曦
• 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;C04B35/626;C04B35/634;C04B35/64;H01C7/112;H01C17/30
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種無鉍氧化鋅壓敏電阻陶瓷片及其制備方法。所述無鉍氧化鋅壓敏電阻陶瓷片由ZnO、SrO和金屬M的氧化物的復合相組成，其中M為Co、Mn、Si中的至少一種；所述ZnO的含量為94 mol%～99.8 mol%，所述SrO和金屬M的氧化物的總含量為0.2mol%～6mol%，所述金屬M的氧化物的總含量為0～2 mol%；各組分摩爾含量之和為100mol%。

技術領域

本發明涉及一種無鉍壓敏電阻陶瓷片及其制備方法，屬于壓敏電阻材料領域。

背景技術

氧化鋅壓敏電阻器用的壓敏電阻陶瓷片由混合生料燒結制成。傳統的氧化鋅壓敏電阻生料以氧化鋅(ZnO)為主材料，并包含多種微量的金屬化合物，如三氧化二鉍(Bi₂O₃)、三氧化二銻(Sb₂O₃)、二氧化錳(MnO₂)、四氧化三鈷(Co₃O₄)等，這些原料經過混合、煅燒、造粒、成型后在高溫下燒結而形成多晶多相的壓敏電阻陶瓷片。壓敏電阻陶瓷片制作簡單，成本低廉，由此制備出來的壓敏電阻器件非線性系數高，浪涌吸收能力強，因而廣泛應用于電力電子系統中的防雷及過電壓保護。

而在目前氧化鋅壓敏電阻器使用的原料中，三氧化二鉍(Bi₂O₃)幾乎是不可缺少的原料。Bi₂O₃是較低熔點的氧化物(825℃)，在有ZnO的參與下，750℃時便可與ZnO反應生成低共熔體。因此在燒結時，Bi₂O₃可以在晶界處析出液相基質。這種特征有利于潤濕晶界，促進晶粒長大。同時，對于其他添加劑(如MnO₂、Cr₂O₃等)，它們的離子可以在富鉍基體上迅速擴散，并在晶界處產生缺陷，從而增強了非線性。此外，研究發現，富鉍基體可以加速氧的吸收，過量的氧離子填充到晶界的間隙位置，充當電子缺陷來束縛電子，這也是有利于非線性的提高。因此，Bi₂O₃是不可或缺的非線性形成劑。大量實驗證明，在缺少Bi₂O₃的情況下，氧化鋅壓敏電阻片的非線性性能大大降低，無法達到應用的標準。

然而，Bi₂O₃在高溫下的高揮發性和高反應活性一定程度上制約了工業生產。其高揮發性容易使得各種添加劑的配比偏離了設計的配方，最終導致壓敏電阻的性能發生變化，不利于生產成本的降低。此外，在制造多層片式壓敏電阻器的情況下，Bi₂O₃與Ag-Pd內電極之間的高反應性導致性能上的不可挽回的劣化。現迫切需要一種新的不含Bi元素的氧化鋅壓敏電阻材料來滿足未來工業生產的需求。

發明內容

為解決上述問題，本發明旨在提供一種不含有鉍元素且有較好非線性性能的氧化鋅壓敏陶瓷片，及這種無鉍氧化鋅壓敏電阻陶瓷片制備方法。

第一方面，本發明提供一種無鉍氧化鋅壓敏電阻陶瓷片，其特征在于，所述無鉍氧化鋅壓敏電阻陶瓷片由ZnO、SrO和金屬M的氧化物(簡寫MO)的復合相組成，其中M為Co、Mn、Si中的至少一種；所述ZnO的含量為94mol％～99.8mol％，所述SrO和金屬M的氧化物的總含量為0.2mol％～6mol％，所述金屬M的氧化物的總含量為0～2mol％；各組分摩爾含量之和為100mol％。

較佳的，所述SrO的含量為0.2mol％～4mol％，優選0.5mol％～3mol％。

較佳的，所述無鉍氧化鋅壓敏電阻陶瓷片的非線性系數為3.6～46.4。