CN102584210A - 一种高压TiO2环形压敏电阻器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压TiO₂环形压敏电阻器的制备方法，其特征在于，采用化学纯TiO₂为主原料，掺杂剂包括Nb、Ba、Sr、Ta、W、Bi、Si、Na、Sb、Mn、La、Al、Ca、Cu、Zr、Dy的氧化物和碳酸盐，经配料，球磨，干燥，造粒，成型，排胶，烧结，印电极制成。本发明通过调节各种掺杂剂用量及烧成工艺，可以获得不同电压范围的高压环形压敏电阻器，E_1mA在100～600V之间，最佳条件下可稳定在200～300V，非线性系数达到3.5以上，制备工艺简单，能耗较低，安全可靠。

Description

一种高压TiO2环形压敏电阻器的制备方法

技术领域

本发明属于信息电子元器件陶瓷材料领域，特征是氧化物基陶瓷非线性压敏电阻材料及其制备方法，特别涉及一种掺杂TiO₂高压环形压敏电阻器及其制备方法。 

背景技术

微电机是各种声相设备、计算机、电动工具及各种电子信息系统的主要驱动装置，微电机在运行过程中会产生电火花，对微电机本身产生破坏，并对周围环境造成电磁污染。在微电机内部使用环形压敏电阻器，可以有效抑制电火花的产生，从而增加微电机的安全性，保护环境。 

环形压敏电阻器是近几十年来发展起来的新型电子陶瓷，主要用于并联在电枢绕组两端以消除电磁干扰和保护马达部件。铁芯马达在工作过程中，电枢换向时会在电刷片和换向器间产生高的瞬时反向电动势，击穿刷片和换向器间的空气而产生高温电火花，不仅烧蚀刷片和换向器表面而导致马达使用寿命下降，同时还伴随宽频的电磁辐射，对用电器电路和周边环境产生辐射干扰。利用压敏电阻的电压敏特性，在电枢换向初期抑制反向电动势的上升，从而达到抑制电火花和消除电磁干扰的目的。 

目前这种环形压敏电阻器的陶瓷基片一般为掺杂ZnO或SrTiO₃压敏陶瓷。ZnO压敏陶瓷由于静电容量小，响应速度慢，以及作为纯电阻性元件其介电常数小，介电损耗大，限制了它的使用；而SrTiO₃压敏陶瓷制备过程中对烧结制度的要求极为苛刻，首先需要在还原性气氛中于1300℃以上的高温下完成半导化，继而还需要在1000℃以上温度下进行氧化热处理，制备工艺复杂，生产成本较高，而且由于其半导化是在高温还原性气氛中实现的，所以在空气中长期使用易发生老化而使性能蜕变，尤其限制了其在高压条件下的使用寿命。 

综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种高压TiO₂环形压敏电阻器的制备方法，以解决以上提到的问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高压环境的制备工艺简单的掺杂TiO₂环形压敏电阻器，通过对传统技术的配方和工艺流程进行改进，从而实现本发明的目的。 

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现： 

一种高压TiO2环形压敏电阻器的制备方法，其特征在于，采用化学纯TiO₂为主原料，掺杂剂包括Nb、Ba、Sr、Ta、W、Bi、Si、Na、Sb、Mn、La、Al、Ca、Cu、Zr、Dy的氧化物和碳酸盐，经配料，球磨，干燥，造粒，成型，排胶，烧结，印电极制成。 

在本发明的一个实施例中，所述配料，球磨，干燥，造粒，成型，排胶，烧结，印电极的具体流程如下： 

i.按照要求配比称量TiO₂及各种掺杂剂成分，采用行星式球磨以180～240r/min的速度球磨3～5h，使其充分混合均匀； 

ii.将步骤i得到的湿料于100～120℃下干燥12～16h，加入黏合剂进行造粒，成型； 

iii.将步骤ii得到的成型片在350～650℃下保温2～4h进行排胶； 

iv.将步骤iii得到的排胶片在1200～1500℃下烧结1～3h； 

v.将步骤iv得到的烧成片印电极，既制得所述的环形压敏电阻器。 

在本发明的一个实施例中，所述步骤ii中的样品成型密度为1.8～3.8g/cm³，并且最佳成型密度出现在2.4～3.0g/cm³之间。 

在本发明的一个实施例中，所述步骤iv中的最佳烧结温度为1280～1400摄氏度。 

在本发明的一个实施例中，所述压敏电阻器在100V～600V之间的压敏电阻通过调节烧结温度来实现。 

在本发明的一个实施例中，所述步骤iv采用同成分粉料在1500℃烧结后所得的“隔离粉”铺垫。 

本发明的有益效果在于：可以获得不同电压范围的高压环形压敏电阻器，E_1mA在100～600V之间，最佳条件下可稳定在200～300V，非线性系数达到3.5以上，制备工艺简单，能耗较低，安全可靠。 

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。 

实施例1 

称取化学纯TiO₂ 159.74g、一定量的分析纯Nb₂O₅、Ta₂O₅、BaCO₃、SrCO₃、CuO、ZrO₂、Sb₂O₃、SiO₂等，加入分散剂、脱模剂和去离子水，用行星式球磨机进行球磨混合，将湿料在120℃下干燥12h，加入72.8ml质量分数为7％的PVA溶液进行造粒，干压成型，成型密度为2.7g/cm³，排胶后在1300℃的空气中烧结2h，印银电极，获得高压TiO₂环形压敏电阻器。 

获得的样品各性能如下表所示： 

由表中数据可知，采用不同的掺杂成分，可获得不同性能参数的样品。 

实施例2 

称取化学纯TiO₂ 159.74g、分析纯Nb₂O₅ 0.5316g、BaCO₃ 1.5785g和Bi₂O₃2.33g，加入分散剂、脱模剂和去离子水，用行星式球磨机进行球磨混合，将湿料在120℃下干燥12h，加入72.8ml质量分数为7％的PVA溶液进行造粒，干 压成型，成型密度为2.7g/cm³，排胶后分别在1250℃到1400℃的空气中烧结2h，印银电极，获得高压TiO₂环形压敏电阻器。 

测量所得压敏电阻器的性能参数如下： 

烧结温度/℃	压敏电压/V	非线性系数	静电容量/pF	损耗tanδ
					1250	285.7	3.96	216	1.432
1280	239.1	3.87	315	1.240
					1310	111.3	4.40	473	1.175
1340	98.3	4.29	468	1.068
					1370	74.1	4.41	530	0.983
1400	67.4	4.30	578	0.658

表中可见，升高烧结温度将使压敏电压降低，相应将使静电容量升高，而对非线性系数影响不大。由此可见不同的压敏电压可通过调节烧结温度来实现。

实施例3 

称取化学纯TiO₂ 159.74g、分析纯Nb₂O₅ 0.5848g、SrCO₃ 1.4763g和SiO₂0.3g，加入分散剂、脱模剂和去离子水，用行星式球磨机进行球磨混合，将湿料在120℃下干燥12h，加入72.8ml质量分数为7％的PVA溶液进行造粒，干压成型，成型密度为1.8g/cm³到3.8g/cm³的范围内，排胶后在1300℃的空气中烧结2h，印银电极，获得高压TiO₂环形压敏电阻器。 

测量所得压敏电阻器的性能参数如下： 

表中可见，成型密度对压敏电压及非线性系数有一定影响，但与例1相比，较不明显。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (6)

1.一种高压TiO₂环形压敏电阻器的制备方法，其特征在于，采用化学纯TiO₂为主原料，掺杂剂包括Nb、Ba、Sr、Ta、W、Bi、Si、Na、Sb、Mn、La、Al、Ca、Cu、Zr、Dy的氧化物和碳酸盐，经配料，球磨，干燥，造粒，成型，排胶，烧结，印电极制成。

2.根据权利要求1所述的一种高压TiO₂环形压敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述配料，球磨，干燥，造粒，成型，排胶，烧结，印电极的具体流程如下：

i.按照要求配比称量TiO₂及各种掺杂剂成分，采用行星式球磨以180～240r/min的速度球磨3～5h，使其充分混合均匀；

ii.将步骤i得到的湿料于100～120℃下干燥12～16h，加入黏合剂进行造粒，成型；

iii.将步骤ii得到的成型片在350～650℃下保温2～4h进行排胶；

iv.将步骤iii得到的排胶片在1200～1500℃下烧结1～3h；

v.将步骤iv得到的烧成片印电极，既制得所述的环形压敏电阻器。

3.根据权利要求2所述的一种高压TiO₂环形压敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述步骤ii中的样品成型密度为1.8～3.8g/cm³，并且最佳成型密度出现在2.4～3.0g/cm³之间。

4.根据权利要求2所述的一种高压TiO₂环形压敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述步骤iv中的最佳烧结温度为1280～1400摄氏度。

5.根据权利要求1或2所述的一种高压TiO₂环形压敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述压敏电阻器在100V～600V之间的压敏电阻通过调节烧结温度来实现。

6.根据权利要求1或2所述的一种高压TiO₂环形压敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述步骤iv采用同成分粉料在1500℃烧结后所得的“隔离粉”铺垫。