壓敏復(fù)合陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬領(lǐng)域，具體的說是涉及一種Ni203-Sn02-Zn2Sn04壓敏復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓敏陶瓷是一種電阻值對(duì)外加電壓敏感的材料，其阻值在一定溫度下和某一特定電壓范圍內(nèi)隨電壓的升高而急劇下降，具有非線性伏安特性。近年來，隨著電子電路領(lǐng)域集成度的提高，電子設(shè)備向小型化、多功能化發(fā)展，使得電路中各種電子元件的驅(qū)動(dòng)電壓及耐壓值逐漸下降，將導(dǎo)致由操作過電壓、人體靜電放電、電磁脈沖干擾等造成的整個(gè)電路出現(xiàn)誤操作或損壞的幾率大大增加。為了保護(hù)這些電子電路，需要用低壓壓敏電阻器來吸收電路內(nèi)部或外部的浪涌電壓或電流，而在無異常過電壓時(shí)，它又可起電容器的作用，濾除高頻干擾。
[0003]在低壓壓敏-電容雙功能陶瓷中(低壓壓敏陶瓷是指壓敏電壓梯度在4.7-68V/mm范圍內(nèi)的壓敏電阻)，目前主要研究的有SrTi03、Ti02等幾種材料體系。Sn02-Zn2Sn04復(fù)合陶瓷是在2005年被發(fā)現(xiàn)，且在近幾年才有少量研究的一種新型材料，與SrTi03、Ti02S敏-電容雙功能陶瓷相比，這種復(fù)合陶瓷制備工藝和配方相對(duì)簡單，在該領(lǐng)域有著巨大的市場競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種Ni203-Sn02_Zn2Sn04壓敏復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種Ni203-Sn02_Zn2Sn04壓敏復(fù)合陶瓷材料，由SnO 2粉料、Zn2Sn04粉料和Ni 203粉料經(jīng)混合壓制，并燒結(jié)制成，所述SnO 2粉料、Zn 2Sn04粉料和Ni203的摩爾比為80:20:x，其中X的取值為0.15-0.6。
[0006]—種Ni203-Sn02_Zn2Sn04壓敏復(fù)合陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、將SnOjP ZnO按摩爾比1:2的比例混合，并裝入尼龍球磨罐中，然后加入酒精在120轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速條件下球磨12小時(shí)，得到料漿，備用；
步驟二、將經(jīng)步驟一球磨后的料漿在21°C ~150°C條件下烘干后，送入粉末壓片機(jī)內(nèi)，在80~160MPa的條件下壓制成直徑為30毫米的圓片，將圓片在1000°C下煅燒2小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，后粉碎制得Zn2Sn04粉料，備用；
步驟三、分別稱取(0.0015-0.06)mol Ni203、0.80mol SnO# 0.20mol 步驟一制備的Zn2Sn04粉料進(jìn)行干混，然后裝入尼龍球磨罐中，并加入酒精在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分的條件下球磨12小時(shí)，得到料漿，備用；
步驟四、將經(jīng)步驟三球磨后的料漿在21~150°C下烘干后稱重，然后向其中加入其質(zhì)量8%、濃度為5%的聚乙烯醇溶液，在160MPa的壓力條件下用粉末壓片機(jī)壓成圓片，備用；步驟五、將步驟四制備的圓片在650°C條件下排膠1小時(shí)，然后在1400°C燒結(jié)2小時(shí)，而后自然冷卻至室溫，即得到產(chǎn)品。
[0007]所述步驟一中采用的SnOjP ZnO為分析純SnO 2和ZnO。
[0008]本發(fā)明的有益效果:為了使Sn02-Zn2Sn(^g壓壓敏陶瓷在各低電壓領(lǐng)域得到應(yīng)用，在不改變器件尺寸的基礎(chǔ)上，必須使得Sn02_Zn2Sn0ji敏陶瓷梯度可調(diào)。SnO 2_Zn2Sn04復(fù)合陶瓷的壓敏性質(zhì)與其陶瓷體內(nèi)存在的氧空位缺陷有關(guān)，本發(fā)明在制備過程中摻雜了Ni203，Ni203在陶瓷燒結(jié)過程中會(huì)分解釋放出氧，從而影響SnO 2_Zn2Sn04復(fù)合陶瓷體內(nèi)的氧空位缺陷濃度和形式，從而影響其性質(zhì)。同時(shí)Ni203的摻雜，可以有效調(diào)節(jié)SnO 2-21^1104復(fù)合陶瓷的壓敏電壓梯度，使得其在不改變器件尺寸的條件下能夠在低電壓范圍內(nèi)大多數(shù)電壓保護(hù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
[0009]當(dāng)Ni203摻雜量在0.15-0.6 mol%范圍內(nèi)時(shí)，Ni 203-Sn02_Zn2Sn04壓敏陶瓷的壓敏電壓梯度在23.l_63V/mm之間變化，也就是說，通過0.15-0.6 mol% Ni203摻雜可在23.1-63V/mm之間調(diào)整31102-211251104復(fù)合陶瓷的壓敏電壓，而這一梯度范圍占據(jù)了整個(gè)低壓壓敏電阻范圍的63%。本發(fā)明僅采用一種金屬氧化物摻雜就能在如此大的范圍內(nèi)調(diào)整Sn02-Zn2Sn04復(fù)合陶瓷的壓敏電壓梯度對(duì)實(shí)際應(yīng)用有著重要意義，這一材料配方簡單，工藝簡單，可以用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明中各實(shí)施例制備的Ni203-Sn02-Zn2Sn04復(fù)合陶瓷的電流密度J和電場強(qiáng)度E之間的非線性關(guān)系圖，從圖中可以明顯看出，Ni203摻雜可有效調(diào)節(jié)壓敏電壓梯度。圖2為各實(shí)施例制備的附203-51102-211251104復(fù)合陶瓷的電壓梯度的變化。
[0011 ] 圖中，C1為實(shí)施例1制得的樣品，C2為實(shí)施例2制得的樣品，C3為實(shí)施例3制得的樣品，C4為實(shí)施例4制得的樣品。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。
[0013]一種Ni203-Sn02_Zn2Sn04壓敏復(fù)合陶瓷材料，由SnO 2粉料、Zn #1104粉料和少量的Ni203粉料經(jīng)混合壓制，并燒結(jié)制成，所述Sn0$HZn2Sn0$4i|4P Ni 203的摩爾比為80:20:X，其中X的取值為0.15-0.6。
[0014]—種Ni203-Sn02_Zn2Sn04壓敏復(fù)合陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、將SnOjP ZnO按摩爾比1:2的比例混合，并裝入尼龍球磨罐中，然后加入酒精在120轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速條件下球磨12小時(shí)，得到料漿，備用；
步驟二、將經(jīng)步驟一球磨后的料漿在21°C ~150°C條件下烘干后，送入粉末壓片機(jī)內(nèi)，在(80~160)MPa的條件下壓制成直徑為(15~30) mm的圓片，將圓片在1000°C下煅燒2小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，粉碎后制得Zn2Sn04粉料，備用；
步驟三、分別稱取(0.0015-0.0016)mol Ni203、0.80mol SnO# 0.20mol 步驟 1 制備的Zn2Sn04粉料進(jìn)行干混，然后裝入尼龍球磨罐中，并加入酒精在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分的條件下球磨12小時(shí)，得到料漿，備用；
步驟四、將經(jīng)步驟三球磨后的料漿在21°C ~150°C下烘干后稱量其重量，然后向其中加入其重量8%、濃度為5%的聚乙烯醇溶液，在160MPa的壓力條件下用粉末壓片機(jī)壓成直徑15毫米、厚1.5毫米的圓片，備用；
步驟五、將步驟四制備的圓片在650°C條件下排膠1小時(shí)，然后在1400°C燒結(jié)2小時(shí)，而后自然冷卻至室溫，即得到產(chǎn)品。
[0015]所述步驟一中采用的SnOjP ZnO為分析純SnO 2和ZnO。
[0016]實(shí)施例1
一種NijAj-SnOfZr^SnO^ji敏復(fù)合陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、將SnOjP ZnO按摩爾比1:2的比例混合，并裝入尼龍球磨罐中，然后加入酒精在120轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速條件下球磨12小時(shí)，得到料漿，備用；
步驟二、將經(jīng)步驟一球磨后的料漿在21°C ~150°C條件下烘干后，送入粉末壓片機(jī)內(nèi)，在80MPa的條件下壓制成直徑為30mm的圓片，將圓片在1000°C下煅燒2小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，粉碎后制得Zn2Sn04粉料，備用；
步驟三、分別稱取 0.0015mol Ni203、0.80mol S