CN109503148A - 一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层，原料包括：以质量百分比计，ZnO:83‑90％；Sb2O3:5‑8％；Bi2O3:2‑4％；Co3O4:1‑1.8％；Mn3O4:0.1‑0.3％；Cr2O3:0.3‑0.9％；SiO2:1‑4％。进一步的，本发明还提供了上述压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法。本发明提供的绝缘陶瓷涂层和坯体会相互渗透、紧密结合，提高电阻片边缘的电位梯度，有效抑制大电流冲击闪络，能够一次烧成，简化了涂层的生产工艺，可降低成本，且不含铅无环境污染，应用前景良好。

Description

一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于电工陶瓷技术领域，具体涉及一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层及其制备方法。
背景技术
压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。涂覆侧面绝缘涂层的压敏电阻器耐受大电流冲击水平会显著提升。压敏电阻包括用于保护低压电子电路领域的压敏电阻，以及用于保护高压电领域的压敏电阻，二者的成分比例差别很大，二者对于侧面涂覆绝缘涂层的性能要求也有着明显的区别。目前，氧化锌电阻片侧面涂层材料包括含铅侧面釉、以环氧涂层和有机硅涂层为主的有机涂层和传统的无机涂层。
含铅侧面釉当坯体处于高温烧结或加工时易挥发出铅，将对人体和环境造成危害。
有机涂层由于其与电阻片坯体存在结合性不好，表面容易吸附水或者有气泡产生，使得它的耐受过电压变差，而且涂层热膨胀系数与电阻片坯体差别会较大，当受到冲击时可能会产生裂纹而导致侧面闪络。
传统的无机涂层需要把电阻片坯体预烧，才能施涂，带来了一个二次烧结的问题，导致工艺繁琐，烧结次数增加，烧结时间延长，增加了能耗。而且会导致对于电阻片各项电性能的稳定性控制变差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层及其制备方法，能够有效抑制大电流冲击闪络，可一次烧结，且无环境污染的问题。
本发明第一方面提供了一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层，原料包括：以质量百分比计，ZnO:83％-90％；Sb2O3:5-8％；Bi2O3:2-4％；Co3O4:1-1.8％；Mn3O4:0.1-0.3％；Cr2O3:0.3-0.9％；SiO2:1-4％。
优选的，所述压敏电阻器为低压压敏电阻器。
本发明所述绝缘陶瓷涂层是应用在方形或圆形压敏电阻器上，保护低压电子电路。本发明提供的绝缘陶瓷涂层的性能与各组分配比直接相关，且绝缘陶瓷涂层的成分比例与所保护的电阻片成分是相应的，可有效提高电阻片边缘的电位梯度，有效抑制大电流冲击闪络。
本发明第二方面提供了上述压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，步骤包括：
S1、按上述原料配比配置粉料，将粉料与去离子水混合，加入分散剂制成混合料浆，将混合料浆球磨，然后烘干、粉碎，制得陶瓷涂层粉料；
S2、配置PVA溶液，取陶瓷涂层粉料、PVA溶液、分散剂加至球磨罐中，球磨混合，制得涂层浆料；
S3、将涂层浆料涂布于ZnO压敏电阻坯片的侧面，浆体干燥后，随坯体放入加热炉进行整体排胶，将排胶后的电阻片烧成，即可制得涂在ZnO压敏电阻片上的绝缘陶瓷涂层。
优选的，步骤S1中，所述分散剂的添加量为粉料总质量的0.3％-1.0％；所述混合料浆的固含量为60％-75％。
优选的，步骤S1中，所述球磨时间为24-48h。
优选的，步骤S2中，所述陶瓷涂层粉料、PVA溶液的质量比为5:3，所述分散剂的添加量为所述陶瓷涂层粉料质量的1％-2％。
更加优选的，步骤S2中，所述PVA溶液的质量浓度为5％-9％；所述球磨时间为10-48h。
优选的，步骤S3中，所述排胶温度为380-550℃，保温2-3h。
优选的，步骤S3中，所述烧成温度为1000-1250℃，保温3-4h。
优选的，步骤S3中，所述涂层浆料涂布于ZnO压敏电阻坯片侧面过程中，涂层浆料的施涂质量为0.5-1g。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的绝缘陶瓷涂层使用成分种类与电阻片坯体相同，在坯体烧结过程中，涂层和坯体会相互渗透，形成一层过渡层，该过渡层会使涂层和电阻片紧密结合，且可提高电阻片边缘的电位梯度，有效抑制大电流冲击闪络。
(2)本发明提供的无机陶瓷涂层不含铅元素，无环境污染问题。
(3)本发明提供的无机陶瓷涂层可以与电阻片坯体在烧结过程中一次烧成，简化了涂层的生产工艺，可降低成本。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本实施例提供了一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层，按以下重量百分比的原料配置：ZnO:84.5％；Sb2O3:7.1％；Bi2O3:3.2％；Co3O4:1.5％；Mn3O4:0.2％；Cr2O3:0.4％；SiO2:3.1％。
上述压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法包括以下步骤：
按上述配比配制陶瓷涂层粉料原料与去离子水混合，并加入粉料总质量的0.9％的分散剂，制成固含量60％的混合料浆。将料浆球磨时间48h，之后烘干、粉碎，制得陶瓷涂层粉料。
先配置质量百分比浓度为5％PVA溶液，再取上述陶瓷涂层粉料，粉料总质量、PVA溶液质量的比例为5:3，取粉料总质量的2％分散剂，装入球磨罐中，球磨混合10h，制得涂层浆料。
将上述制备的陶瓷涂层浆料采取辊涂方式均匀涂布于ZnO压敏电阻坯片的侧面，施涂质量为0.6g，待浆体干燥后，随坯体放入加热炉进行整体排胶，温度为450℃，保温2h。将排胶后的电阻片在1100℃温度条件下进行烧成，保温4h。即可制得的压敏电阻片上涂有一次烧结高绝缘陶瓷涂层。
对电阻片端面进行喷铝电极处理即可制得涂有一次烧结高绝缘陶瓷涂层压敏电阻片。施涂高绝缘陶瓷涂层压敏电阻片与未施涂涂层的电阻片电气性能测试对比见表1，可以看到施涂绝缘涂层后的电阻片耐受电流冲击的次数比未施涂时显著提升，而其它电气性能不变。
表1有无施涂无机绝缘涂层样品的电气性能对比表
实施例2
本实施例提供了一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层，按以下重量百分比的原料配置：ZnO:89.5％；Sb2O3:5.1％；Bi2O3:2.1％；Co3O4:1.2％；Mn3O4:0.4％；Cr2O3:0.6％；SiO2:1.1％。
上述压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层包括以下步骤：
按上述配比配制陶瓷涂层粉料原料与去离子水混合，并加入粉料总质量的0.4％的分散剂，制成固含量70％的混合料浆。将料浆球磨时间36h，之后烘干、粉碎，制得陶瓷涂层粉料。
先配置质量百分比浓度为5％PVA溶液，再取上述陶瓷涂层粉料，粉料总质量、PVA溶液质量的比例为5:3，取粉料总质量的2％分散剂，装入球磨罐中，球磨混合10h，制得涂层浆料。
将上述制备的陶瓷涂层浆料采取辊涂方式均匀涂布于ZnO压敏电阻坯片的侧面，施涂质量为0.8g，待浆体干燥后，随坯体放入加热炉进行整体排胶，温度为450℃，保温2h。将排胶后的电阻片在1200℃温度条件下进行烧成，保温3h。即可制得的压敏电阻片上涂有一次烧结高绝缘陶瓷涂层。
对电阻片端面进行喷铝电极处理即可制得涂有一次烧结高绝缘陶瓷涂层压敏电阻片。本实施例所得高绝缘陶瓷涂层压敏电阻片的耐受电流冲击的次数和其它电气性能与实施例1基本一致。
实施例3
本实施例提供了一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层，按以下重量百分比的原料配置：ZnO:85.8％；Sb2O3:6.2％；Bi2O3:3.7％；Co3O4:1.6％；Mn3O4:0.1％；Cr2O3:0.6％；SiO2:2.0％。
上述压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层包括以下步骤：
按上述配比配制陶瓷涂层粉料原料与去离子水混合，并加入粉料总质量的0.4％的分散剂，制成固含量70％的混合料浆。将料浆球磨时间36h，球磨转速为480r/min，之后烘干、粉碎，制得陶瓷涂层粉料。
先配置质量百分比浓度为5％PVA溶液，再取上述陶瓷涂层粉料，粉料总质量、PVA溶液质量的比例为5:3，取粉料总质量的2％分散剂，所述分散剂为聚丙烯酸铵型分散剂，装入球磨罐中，球磨混合10h，球磨转速为450r/min，制得涂层浆料。
将上述制备的陶瓷涂层浆料采取辊涂方式均匀涂布于ZnO压敏电阻坯片的侧面，施涂质量为0.9g，待浆体干燥后，随坯体放入加热炉进行整体排胶，温度为480℃，保温2h。将排胶后的电阻片在1100℃温度条件下进行烧成，保温3h。即可制得的压敏电阻片上涂有一次烧结高绝缘陶瓷涂层。
对电阻片端面进行喷铝电极处理即可制得涂有一次烧结高绝缘陶瓷涂层压敏电阻片。本实施例所得高绝缘陶瓷涂层压敏电阻片的耐受电流冲击的次数和其它电气性能与实施例一基本一致。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层，其特征在于：原料包括：以质量百分比计，ZnO:83-90％；Sb2O3:5-8％；Bi2O3:2-4％；Co3O4:1-1.8％；Mn3O4:0.1-0.3％；Cr2O3:0.3-0.9％；SiO2:1-4％。
2.如权利要求1所述的压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层，其特征在于：所述压敏电阻器为低压压敏电阻器。
3.权利要求1或2所述压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，步骤包括：
S1、按原料配比配置粉料，将粉料与去离子水混合，加入分散剂制成混合料浆，将混合料浆球磨，然后烘干、粉碎，制得陶瓷涂层粉料；
S2、配置PVA溶液，取陶瓷涂层粉料、PVA溶液和分散剂加至球磨罐中，球磨混合，制得涂层浆料；
S3、将涂层浆料涂布于ZnO压敏电阻坯片的侧面，浆体干燥后，随坯体放入加热炉进行整体排胶，将排胶后的电阻片烧成，即可制得涂在ZnO压敏电阻片上的绝缘陶瓷涂层。
4.如权利要求3所述的压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述分散剂的添加量为粉料质量的0.3％-1.0％；所述混合料浆的固含量为60％-75％。
5.如权利要求3所述的压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述球磨时间为24-48h。
6.如权利要求3所述的压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述陶瓷涂层粉料、PVA溶液的质量比为5:3，所述分散剂的添加量为所述陶瓷涂层粉料质量的1％-2％。
7.如权利要求6所述的压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述PVA溶液的质量浓度为5％-9％；所述球磨时间为10-48h。
8.如权利要求3所述的压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述排胶温度为380-550℃，保温2-3h。
9.如权利要求3所述的压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述烧成温度为1000-1250℃，保温3-4h。
10.如权利要求3所述的压敏电阻器用绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述涂层浆料涂布于ZnO压敏电阻坯片侧面过程中，涂层浆料的施涂质量为0.5-1g。
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