CN108585828A - 氧化锌基压敏陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

氧化锌基压敏陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种氧化锌基压敏陶瓷材料及其制备方法，按照重量份数计算，包括以下原料：氧化锌85～95份、Bi2O31～3份、Co2O31～3份、Nb2O52～4份、氧化镍0.5～1.5份、纳米氟化钙1～3份及氧化镓0.5～1.5份；所述纳米氟化钙与所述Nb2O5需要经过预处理。制备方法：1)按照配比称取上述原料，将上述原料进行粉碎得到粉体，然后混合再加入润滑剂，进行球磨；2)将步骤1)得到的球磨粉体烘干，然后进行预烧，得到粉末；3)将步骤3)的粉末进行压制成胚体；4)将步骤3)的胚体升温至780℃～1200℃，保温，冷却至室温后得到氧化锌基压敏陶瓷材料。该陶瓷具有烧结温度低、压敏电压小、非线性系数高、漏电流密度小等优点。

Description

氧化锌基压敏陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷制备技术领域，具体涉及一种氧化锌基压敏陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
压敏陶瓷材料是指一定温度下和某一特定电压范围内具有非线性欧姆特性、其电阻值随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。根据这种非线性欧姆特性，可以用这种半导体陶瓷材料制成非线性电阻器，即压敏电阻器。目前商品化的压敏电阻器来自氧化锌、二氧化钛、钛酸锶等不同体系的压敏陶瓷系列。其中，氧化锌压敏电阻器以其响应速度快、残压低、制造成本低廉等优势，已成为应用最广、性能最好的压敏电阻器之一，广泛应用于电力、通信、交通、集成电路、汽车电子、医用设备和家用电器等领域。
氧化锌基压敏陶瓷材料是一种多功能新型陶瓷材料，它是以氧化锌为主体，添加若干其他氧化物改性的烧结体材料，由于氧化锌压敏电阻具有非线性系数高、响应时间快、漏电流小、制造成本低廉等优点，广泛应用于电力线路、电子通信、集成电路以及其它领域。低压压敏电阻主要用于低压用半导体器件的过压保护，在电路中与用电器并联，当工作电压正常时，其电阻值很高，仅允许微安级的漏电流通过，对电路设备几乎没有影响；当工作电压过载时，其阻值急剧降低、分流作用急剧增强，对电子和电器设备的安全起到保护作用。
现有的低压氧化锌压敏电阻具有烧结温度、压敏电压阈值过高，非线性系数小、漏电流密度小等不足。
发明内容
本发明提出一种氧化锌基压敏陶瓷材料，该陶瓷具有烧结温度低、压敏电压小、非线性系数高、漏电流密度小等优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种氧化锌基压敏陶瓷材料，按照重量份数计算，包括以下原料：
氧化锌85～95份、Bi2O3 1～3份、Co2O3 1～3份、Nb2O5 2～4份、氧化镍0.5～1.5份、纳米氟化钙1～3份及氧化镓0.5～1.5份；所述纳米氟化钙与所述Nb2O5需要经过预处理。
优选地，所述纳米氟化钙与所述Nb2O5的预处理方法为：先将纳米氟化钙与Nb2O5放入羟基纤维素的水溶液中进行搅拌分散，再将加入烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚进行搅拌分散，过滤，滤饼洗涤后进行真空干燥，再进行研磨即可。
优选地，所述烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚的加入量为所述纳米氟化钙重量的4～8％。
本发明的另一个目的是提供一种氧化锌基压敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比称取上述原料，将上述原料进行粉碎得到粉体，然后混合再加入润滑剂，进行球磨；
2)将步骤1)得到的球磨粉体烘干，然后进行预烧，得到粉末；
3)将步骤3)的粉末进行压制成胚体；
4)将步骤3)的胚体升温至780℃～1200℃，保温，冷却至室温后得到氧化锌基压敏陶瓷材料。
优选地，所述步骤1)的球磨速率为300～350r/min，时间为20～24h。
优选地，所述步骤2)的预烧温度为550～750℃，时间为1～3h。
优选地，所述步骤4)的升温速率为1～5℃/min，保温时间为3～6h。
本发明的有益效果：
本发明的氧化锌基压敏陶瓷材料中添加界面优化剂氧化镍与氧化镓，优化了晶界组成和结构，提高了材料压敏系数和性能，提高非线性系数，降低漏电流密度。添加经过预处理的纳米氟化钙与Nb2O5降低了陶瓷烧结温度，有效地促进烧结过程中的晶粒生长，从而降低压敏电压阈值。
具体实施方式
实施例1
一种氧化锌基压敏陶瓷材料，按照重量份数计算，包括以下原料：
氧化锌90份、Bi2O3 2份、Co2O3 2份、Nb2O5 2份、氧化镍1份、纳米氟化钙1份及氧化镓1份；纳米氟化钙与Nb2O5需要经过预处理。纳米氟化钙与Nb2O5的预处理方法为：先将纳米氟化钙与Nb2O5放入羟基纤维素的水溶液中进行搅拌分散，再将加入烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚进行搅拌分散，过滤，滤饼洗涤后进行真空干燥，再进行研磨即可。烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚的加入量为纳米氟化钙重量的6％。
氧化锌基压敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比称取上述原料，将上述原料进行粉碎得到粉体，然后混合再加入润滑剂，进行球磨；球磨速率为300r/min，时间为24h。
2)将步骤1)得到的球磨粉体烘干，然后进行预烧，得到粉末；预烧温度为650℃，时间为2h。
3)将步骤3)的粉末进行压制成胚体；
4)将步骤3)的胚体升温至960℃，升温速率为3℃/min，保温4h，冷却至室温后得到氧化锌基压敏陶瓷材料。
实施例2
一种氧化锌基压敏陶瓷材料，按照重量份数计算，包括以下原料：
氧化锌85份、Bi2O3 3份、Co2O3 3份、Nb2O5 4份、氧化镍0.5份、纳米氟化钙1份及氧化镓0.5份；纳米氟化钙与Nb2O5需要经过预处理。纳米氟化钙与Nb2O5的预处理方法为：先将纳米氟化钙与Nb2O5放入羟基纤维素的水溶液中进行搅拌分散，再将加入烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚进行搅拌分散，过滤，滤饼洗涤后进行真空干燥，再进行研磨即可。烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚的加入量为纳米氟化钙重量的4％。
氧化锌基压敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比称取上述原料，将上述原料进行粉碎得到粉体，然后混合再加入润滑剂，进行球磨；球磨速率为350r/min，时间为20h。
2)将步骤1)得到的球磨粉体烘干，然后进行预烧，得到粉末；预烧温度为550℃，时间为3h。
3)将步骤3)的粉末进行压制成胚体；
4)将步骤3)的胚体升温至1200℃，升温速率为5℃/min，保温3h，冷却至室温后得到氧化锌基压敏陶瓷材料。
实施例3
一种氧化锌基压敏陶瓷材料，按照重量份数计算，包括以下原料：
氧化锌95份、Bi2O3 1份、Co2O3 1份、Nb2O5 3份、氧化镍1.5份、纳米氟化钙3份及氧化镓1.5份；纳米氟化钙与Nb2O5需要经过预处理。纳米氟化钙与Nb2O5的预处理方法为：先将纳米氟化钙与Nb2O5放入羟基纤维素的水溶液中进行搅拌分散，再将加入烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚进行搅拌分散，过滤，滤饼洗涤后进行真空干燥，再进行研磨即可。烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚的加入量为纳米氟化钙重量的8％。
氧化锌基压敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比称取上述原料，将上述原料进行粉碎得到粉体，然后混合再加入润滑剂，进行球磨；球磨速率为330r/min，时间为21h。
2)将步骤1)得到的球磨粉体烘干，然后进行预烧，得到粉末；预烧温度为750℃，时间为1h。
3)将步骤3)的粉末进行压制成胚体；
4)将步骤3)的胚体升温至780℃，升温速率为1℃/min，保温6h，冷却至室温后得到氧化锌基压敏陶瓷材料。
试验例
分别在本发明实例1～3制得的氧化锌基压敏陶瓷材料两端面印刷银电极浆料，经600℃还原获得金属银电极层，随后在两面金属银电极层上各焊接1根镀锡铜线，待焊接完成后，将陶瓷材料浸涂高温环氧绝缘漆，经固化后再热涂粉体环氧封料，最后经固化即得氧化锌压敏电阻器。对比例：惠州市某电子科技有限公司生产的氧化锌压敏电阻器。进行性能检测，结果见表1。
表1
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氧化锌基压敏陶瓷材料，其特征在于，按照重量份数计算，包括以下原料：
氧化锌85～95份、Bi2O3 1～3份、Co2O3 1～3份、Nb2O5 2～4份、氧化镍0.5～1.5份、纳米氟化钙1～3份及氧化镓0.5～1.5份；所述纳米氟化钙与所述Nb2O5需要经过预处理。
2.根据权利要求1所述的氧化锌基压敏陶瓷材料，其特征在于，所述纳米氟化钙与所述Nb2O5的预处理方法为：先将纳米氟化钙与Nb2O5放入羟基纤维素的水溶液中进行搅拌分散，再将加入烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚进行搅拌分散，过滤，滤饼洗涤后进行真空干燥，再进行研磨即可。
3.根据权利要求2所述的氧化锌基压敏陶瓷材料，其特征在于，所述烷基苯酚聚醚氧化乙烯醚的加入量为所述纳米氟化钙重量的4～8％。
4.如权利要求1所述的氧化锌基压敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照配比称取上述原料，将上述原料进行粉碎得到粉体，然后混合再加入润滑剂，进行球磨；
2)将步骤1)得到的球磨粉体烘干，然后进行预烧，得到粉末；
3)将步骤3)的粉末进行压制成胚体；
4)将步骤3)的胚体升温至780℃～1200℃，保温，冷却至室温后得到氧化锌基压敏陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的氧化锌基压敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)的球磨速率为300～350r/min，时间为20～24h。
6.根据权利要求4所述的氧化锌基压敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)的预烧温度为550～750℃，时间为1～3h。
7.根据权利要求4所述的氧化锌基压敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)的升温速率为1～5℃/min，保温时间为3～6h。
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