[发明专利]一种氧化锌压敏电阻材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压敏电阻材料技术领域，具体涉及一种高非线性氧化锌压敏电阻材料及其制备方法。

背景技术

氧化锌压敏电阻由于其优异的压敏特性，自问世以来一直备受研究者的注意，并在世界各国避雷器中得到广泛应用。通常的氧化锌压敏电阻材料都是以ZnO为主要成分，通过添加Bi₂O₃、Sb₂O₃、Mn_O2、Co₂O₃、Cr₂O₃等金属氧化物(一般含8-10种)按普通电子陶瓷工艺制造而成的烧结体(或陶瓷)。这些添加剂按作用机理可分为三类：(1)促进氧化锌压敏陶瓷形成晶界结构的添加物，如Bi₂O₃、BaO、SrO、PbO、Pr₂O₃等，它们主要的影响是促进液相烧结并形成陷阱和表面态而使氧化锌压敏电阻材料具有非线性；(2)改善氧化锌压敏陶瓷电气性能非线性特性的添加物，如MnO、Co₂O₃、Cr₂O₃、Al₂O₃等，它们的一部分为施主杂质所固溶于ZnO晶粒中提供载流子，其余部分则在晶界上形成陷阱和受主态而提高了势垒的高度；(3)提高可靠性的添加物，如Sb₂O₃、SiO₂、NiO、CeO₂和少量玻璃料，它们的主要作用是提高氧化锌压敏陶瓷对电压负荷和环境(如温度和湿度)的影响的稳定性。

根据添加剂的不同，氧化锌压敏电阻一般分成不同的材料体系，其中应用最广泛的是ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃系压敏电阻材料，该材料体系中除Bi₂O₃、Sb₂O₃用作添加剂外，还添加了少量的MnO、Co₂O₃、NiO、Cr₂O₃等过渡金属氧化物。ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃系压敏电阻材料的微观结构由晶粒和晶界两部分组成，其中晶粒相为氧化锌相，晶界相一般包括富铋相和锌锑尖晶石相；该材料体系具有较好的电压敏综合性能，但烧结温度较高，高的烧结温度一则容易使瓷片发生形变，影响瓷片电极的涂覆质量，从而影响到产品率，二则容易使低熔点组分(Bi₂O₃、Sb₂O₃)过量挥发，导致器件电压敏参数下降。为适度降低烧结温度，中国专利申请CN02122851.5中公开了在氧化锌压敏材料中添加一些有助晶粒生长的氧化物，其特点是：添加少量氧化钛或氧化硼，其中氧化钛的添加量不超过氧化锌重量的5％，氧化硼的添加量不超过氧化锌重量的1％；其加入方式为先将氧化钛或氧化硼与其它添加剂一起混合预烧调制成粉末，然后再将调制成的粉末与氧化锌混合均匀再烧结成瓷。该方法虽然烧结温度有所减低但制备过程相对复杂，且其主要的几项电压敏参数(非线性系数、漏电流、电流通流容量和通流后压敏电压变化率)的优化还不理想。

发明内容

本发明提供了一种综合性能优越、成本低廉的氧化锌压敏电阻材料。

本发明还提供了一种氧化锌压敏电阻材料的制备方法，该方法制备工艺简单、成本低，适于工业化生产。

一种氧化锌压敏电阻材料，由如下原料制成：ZnO、Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、Cr₂O₃、MnCO₃、NiO、Al₂O₃和硼的氧化物；

其中，硼的氧化物以B₂O₃换算计与ZnO的重量比为2.1～20∶100；