專利名稱：一種氧化鋅壓敏電阻陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓敏電阻陶瓷材料的制備方法，特別涉及合成Bi2O3-Sb2O3和SiO2-ZnO 粉體的制備方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋅壓敏電阻陶瓷是以氧化鋅為主體材料，通過(guò)添加多種其它微量元素，用傳 統(tǒng)電子陶瓷工藝制成的多晶半導(dǎo)體器件。因其響應(yīng)速度快、非線性系數(shù)大、通流能力強(qiáng)等優(yōu) 異的電學(xué)性能迅速成為制造壓敏電阻器的主導(dǎo)材料，主要應(yīng)用于過(guò)流保護(hù)電路。美國(guó)、日本 等國(guó)家在20世紀(jì)70年代迅速獲得了批量制備氧化鋅壓敏電阻的技術(shù)，使其電氣性能得以 突破，從而廣泛應(yīng)用于高壓電力系統(tǒng)。隨著電力需求的增長(zhǎng)，輸電容量愈來(lái)愈大，輸電線路 的電壓等級(jí)愈來(lái)愈高，因此高性能的壓敏電阻制備成為了關(guān)鍵。對(duì)于多元成分、高溫反應(yīng)復(fù)雜的氧化鋅壓敏電阻陶瓷而言，材料配方顯得尤為重 要。其中，添加劑的加工處理最為關(guān)鍵，而部分添加劑的預(yù)加工處理是一種常用的添加劑的 加工處理的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種氧化鋅壓敏電阻陶瓷的制備方法，針對(duì)現(xiàn)有制備方法存在的問(wèn) 題，對(duì)部分添加劑進(jìn)行預(yù)處理以制備出性能較好的壓敏電阻陶瓷材料。本發(fā)明提供的一種氧化鋅壓敏電阻陶瓷的制備方法，其特征一種氧化鋅高壓壓 敏電阻陶瓷的制備方法，首先將Bi2O3-SlD2O3預(yù)燒粉體和SiO2-SiO預(yù)燒粉體加入到壓敏 電阻配方中，其中，Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體、SiO2-ZnO預(yù)燒粉體與壓敏電阻配方的摩爾比為 χ y (Ι-χ-y)，其中，χ = 0.005 0.01，y = 0.005 0.01 ；球磨混合后烘干，再粉碎， 加入濃度3% 7%的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為8 13%，然后再經(jīng)造粒、干壓 成型后，在1150 1250°C溫度下燒結(jié)1. 5 3. 5小時(shí)，制成ZnO壓敏電阻陶瓷。所述Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比1 1 1 1.6的鉍與銻的比例，配置Bi203、SlD203粉料，用去離子水球 磨14 18小時(shí)后，在90 120°C溫度下烘干后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混 合粉體裝入剛玉坩堝，以5 7°C /min的升溫速率加熱到600 700°C，保溫1 2小時(shí)， 得到Bi2O3-SlD2O3預(yù)燒粉末。所述SiO2-ZnO預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比1 1 1 2的硅與鋅的比例，配置分析純Si02、ZnO粉料，用去離子 水球磨14 18小時(shí)后，在90 120°C溫度下烘干后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然 后將混合粉體裝入剛玉坩堝，以5 7°C /min的升溫速率加熱到900 1000°C，保溫2 3小時(shí)，得到SiO2-ZnO預(yù)燒粉末。為了形成表面態(tài)以改善非線性指數(shù)，添加了少量的MnC03、Co2O3 ；為了抑制晶粒異 常長(zhǎng)大以增大壓敏電壓，配方中添加了少量的Cr2O3 ；為了改善電阻片大電流區(qū)非線性指數(shù)，配方中添加了少量的Al (NO)3 · 9H20o本發(fā)明制備的壓敏電阻陶瓷具有較大壓敏電壓，較小的漏電流，且具有良好的大 電流通流能力，符合制作壓敏電阻的要求。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體的實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)和效果實(shí)施例1 將Bi2O3-SlD2O3預(yù)燒粉體和SiO2-SiO預(yù)燒粉體加入到壓敏電阻配方中，其中， Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體、SiO2-ZnO預(yù)燒粉體與壓敏電阻配方的摩爾比為1 1 98。球磨混合 14小時(shí)，在100°C溫度下烘干，然后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，加入濃度7%的PVA溶 液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為8%，再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1200°C溫度下燒結(jié)2小時(shí)， 制成ZnO壓敏電阻陶瓷，燒成后陶瓷片厚度1. 70mm (士0. IOmm)，直徑13. 30mm (士0. 05mm)。所述Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比1 1的鉍與銻的比例，配置分析純Bi203、Sb2O3粉料，用去離子水球磨 14小時(shí)后，在90°C溫度下烘干，然后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉體裝入 剛玉坩堝，以5°C /min的升溫速率加熱到600°C，保溫1小時(shí)，得到Bi2O3-Sli2O3預(yù)燒粉末。所述SiO2-ZnO預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比1 1的硅與鋅的比例，配置分析純Si02、ZnO粉料，用去離子水球磨18 小時(shí)后，在90°C溫度下烘干，將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉體裝入剛玉坩 堝，以5°C /min的升溫速率加熱到900°C，保溫2小時(shí)，得到SiO2-SiO預(yù)燒粉末。實(shí)施例2將Bi2O3-SlD2O3預(yù)燒粉體和SiO2-SiO預(yù)燒粉體加入到壓敏電阻配方中，其中， Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體、SiO2-ZnO預(yù)燒粉體與壓敏電阻配方的摩爾比為1 1 98。球磨混合 14小時(shí)，在100°C溫度下烘干，然后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，加入濃度7%的PVA溶 液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為8%，再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1200°C溫度下燒結(jié)2小時(shí)， 制成ZnO壓敏電阻陶瓷，燒成后陶瓷片厚度1. 70mm (士0. IOmm)，直徑13. 30mm (士0. 05mm)。所述Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比5 6的鉍與銻的比例，配置分析純Bi203、Sb2O3粉料，用去離子水球磨 16小時(shí)后，在10(TC溫度下烘干，然后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉體裝 入剛玉坩堝，以5°C /min的升溫速率加熱到650°C，保溫1. 5小時(shí)，得到Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉 末。所述SiO2-ZnO預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比2 3的硅與鋅的比例，配置分析純Si02、ZnO粉料，用去離子水球磨16 小時(shí)后，在10(TC溫度下烘干，將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉體裝入剛玉 坩堝，以5°C /min的升溫速率加熱到950°C，保溫2. 5小時(shí)，得到SiO2-ZnO預(yù)燒粉末。實(shí)施例3將Bi2O3-SlD2O3預(yù)燒粉體和SiO2-SiO預(yù)燒粉體加入到壓敏電阻配方中，其中， Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體、SiO2-ZnO預(yù)燒粉體與壓敏電阻配方的摩爾比為1 1 98。球磨混合 14小時(shí)，在100°C溫度下烘干，然后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，加入濃度5%的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為10%，再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1200°C溫度下燒結(jié)2小時(shí)， 制成SiO壓敏電阻陶瓷，燒成后陶瓷片厚度1. 70mm (士0. IOmm)，直徑13. 30mm (士0. 05mm)。所述Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比5 7的鉍與銻的比例，配置分析純Bi203、Sb2O3粉料，用去離子水球磨 18小時(shí)后，在120°C溫度下烘干，然后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉體裝 入剛玉坩堝，以5°C /min的升溫速率加熱到700°C，保溫2小時(shí)，得到Bi2O3-Sli2O3預(yù)燒粉末。所述SiO2-ZnO預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比1 1的硅與鋅的比例，配置分析純Si02、ZnO粉料，用去離子水球磨16 小時(shí)后，在120°C溫度下烘干，將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉體裝入剛玉 坩堝，以5°C /min的升溫速率加熱到1000°C，保溫3小時(shí)，得到SiO2-SiO預(yù)燒粉末。實(shí)施例4將Bi2O3-SlD2O3預(yù)燒粉體和SiO2-SiO預(yù)燒粉體加入到壓敏電阻配方中，其中， Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體、SiO2-ZnO預(yù)燒粉體與壓敏電阻配方的摩爾比為1 1 98。球磨混合 14小時(shí)，在100°C溫度下烘干，然后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，加入濃度3%的PVA溶 液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為13%，再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1200°C溫度下燒結(jié)2小時(shí)， 制成ZnO壓敏電阻陶瓷，燒成后陶瓷片厚度1. 70mm (士0. IOmm)，直徑13. 30mm (士0. 05mm)。所述Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比5 8的鉍與銻的比例，配置分析純Bi203、Sb2O3粉料，用去離子水球磨 16小時(shí)后，在10(TC溫度下烘干，然后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉體裝 入剛玉坩堝，以5°C /min的升溫速率加熱到600°C，保溫1. 5小時(shí)，得到Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉 末。所述SiO2-ZnO預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比1 2的硅與鋅的比例，配置分析純Si02、ZnO粉料，用去離子水球磨14 小時(shí)后，在10(TC溫度下烘干，將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉體裝入剛玉 坩堝，以5°C /min的升溫速率加熱到900°C，保溫2. 5小時(shí)，得到SiO2-SiO預(yù)燒粉末。將實(shí)施例1 4所得的陶瓷試樣磨片、清洗、涂銀電極、燒電極，分別得到陶瓷片樣 品1 4 ；然后清洗，包覆環(huán)氧樹(shù)脂后，制成氧化鋅壓敏電阻器，即可使用。對(duì)樣品進(jìn)行小電 流特性測(cè)試和在8/20 μ s脈沖電流沖擊實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，本發(fā)明中，對(duì)氧化鋅壓敏陶瓷主要材料氧化鉍和氧化銻進(jìn)行預(yù)處理、對(duì) 二氧化硅和部分氧化鋅進(jìn)行預(yù)處理后加入到基礎(chǔ)配方中，其壓敏電壓V1im > 300V/mm，非線 性系數(shù)α > 75，漏電流<0.2 μ Α，8/20 μ s脈沖電流沖擊下壓敏電壓變化率能夠穩(wěn)定在 5%以內(nèi)。表1樣品主要性能參數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種氧化鋅高壓壓敏電阻陶瓷的制備方法，首先將Bi2O3-SlD2O3預(yù)燒粉體和SiO2-SiO 預(yù)燒粉體加入到壓敏電阻配方中，其中，Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體、SiO2-ZnO預(yù)燒粉體與壓敏電 阻配方的摩爾比為χ y (Ι-χ-y)，其中x=0. 005 0. 01，y=0. 005 0. 01 ；球磨混合 后烘干，再粉碎，加入濃度39Γ7%的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為8 13%，然后再 經(jīng)造粒、干壓成型后，在1150 1250°C溫度下燒結(jié)1.5 3. 5小時(shí)，制成ZnO壓敏電阻陶ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅高壓壓敏電阻陶瓷的制備方法，其特征在于，所述 Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比1:1 1:1.6的鉍與銻的比例，配置Bi2O3、釙203粉料，用去離子水球磨14 18小時(shí)后，在90 120°C溫度下烘干后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合粉 體裝入剛玉坩堝，以5’°C /min的升溫速率加熱到600 700°C，保溫1 2小時(shí)，得到 Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅高壓壓敏電阻陶瓷的制備方法，其特征在于，所述 SiO2-ZnO預(yù)燒粉體的制備步驟按摩爾比1:1 1:2的硅與鋅的比例，配置分析純Si02、ZnO粉料，用去離子水球磨 14 18小時(shí)后，在90 120°C溫度下烘干后將粉料粉碎到粒徑在10 μ m以下，然后將混合 粉體裝入剛玉坩堝，以5 7°C /min的升溫速率加熱到900 1000°C，保溫2 3小時(shí)，得到 SiO2-ZnO預(yù)燒粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化鋅高壓壓敏電阻陶瓷的制備方法，將Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體和SiO2-ZnO預(yù)燒粉體加入到壓敏電阻配方中，其中，Bi2O3-Sb2O3預(yù)燒粉體、SiO2-ZnO預(yù)燒粉體與壓敏電阻配方的摩爾比為x:y:(1-x-y)，其中x=0.005~0.01,y=0.005~0.01；球磨混合后烘干，再粉碎，加入濃度3%~7%的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為8~13％，然后再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1150～1250℃溫度下燒結(jié)1.5～3.5小時(shí)，制成ZnO壓敏電阻陶瓷。本發(fā)明配方中添加了經(jīng)過(guò)預(yù)處理的添加劑后，有效改善了氧化鋅壓敏電阻的小電流和大電流性能。制備的氧化鋅壓敏電阻陶瓷具有優(yōu)異的小電流性能，在8/20μs脈沖電流沖擊下的經(jīng)受能力也有很大提高，符合制作壓敏電阻的要求。
文檔編號(hào)C04B35/453GK102126852SQ20111006806
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者姜?jiǎng)倭? 汪麗, 翟毅, 黃國(guó)賢 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 襄樊市三三電氣有限公司