[发明专利]一种压敏电阻陶瓷的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压敏电阻陶瓷的生产方法，特别是涉及一种低温烧结氧化锌压敏电阻陶瓷及其制备方法。

技术背景

压敏电阻是其自身电阻随外加电压增加呈典型非线性变化的电阻：当外加电压小于其转换电压（即所谓击穿电压）时，其电阻极大；当外加电压超过转换电压时，其内电阻会在极短的时间内变小，使其自身接近于导通状态。将这样的电阻以并联方式与被保护电路相连接时，一旦电路中出现电压过载，压敏电阻就可以将过载迅速旁路，从而避免过载对电路的损害。因此，压敏电阻已经广泛应用于各类家用电器、输变电线路、汽车、避雷器等领域，是人类现代社会生活必不可少的基础保障。压敏电阻的上述非线性电学特性可由其在外场作用下，其内部通过的电流强度的范围内的非线性系数由α来表示，其中I₁、I₂分别为所测试范围的电流值，单位为毫安（mA），V₁和V₂分别为样品中通过的电流分别为I₁、I₂时被测样品承受的电压，单位为V。α越大，压敏电阻的电学非线性特征越强，它就越适宜作为电路的保护器件。商用压敏电阻的非线性系数一般在30~80之间。压敏电阻另外一个重要电学特性参数是它的漏电流，用I_L表示，指样品两电极间承受的电压等于0.8V_1mA时样品中通过的电流，单位为mA/cm²。压敏电阻的漏电流越大，表明其在非击穿状态时以热能散失的非工作能耗越大，则压敏电阻的品质越低。因此，压敏电阻的漏电流越低越好。上述压敏电阻漏电流的定义中的V_1mA是压敏电压，指样品中通过的电流为1mA时压敏电阻承受的电压，其单位通常为伏（V/mm）。实际应用中主要根据压敏电压来确定压敏电阻的应用范围。

压敏电阻多以压敏陶瓷为主要原料制备。目前应用范围最广的压敏陶瓷是氧化锌基压敏陶瓷，是以氧化锌为主要原料（大于原料重量比的90%），在此基础上添加少量的氧化铋、氧化钒、氧化镨、氧化锰、氧化钴、氧化铌及其它稀土氧化物中的一种或几种制成。采用传统混合氧化物法制备时，在1200℃以上的温度烧结。生产块式高压压敏电阻时，时需要准备成本比普通电阻丝加热炉高出近一倍的以硅碳棒为加热元件的烧结炉，同时达到1200℃的高温，也需要消耗大量的电能。为满足低压化需要，在通过陶瓷层和内电极叠层共烧技术来制备片式叠层低压压敏电阻时，需要采用钯、铂含量高、价格昂贵的银钯内电极。

为此，美国专利5,973,589公布了一种以氧化锌为主要原料，同时添加少量氧化钒、氧化锰、氧化钴、氧化铌和稀土氧化物的压敏陶瓷，采用混合氧化物工艺可在900~950℃完成烧结。这样，生产高压压敏电阻时，可采用普通电阻丝烧结炉来烧结；生产低压片式压敏电阻时，也可以采用成本较低的银或含银量较多的银钯内电极。

然而，900~950℃，仍然是个较高的温度。虽然，目前可以通过溶胶-凝胶法或共沉淀法等方法制备纳米粉体来使氧化锌基压敏陶瓷的烧结温度降低到900℃以下。但是，此类工艺较传统的混合氧化物陶瓷制备方法复杂的多，产业化难度非常大。

发明内容

本发明针对现有可低温烧结氧化锌基压敏电阻陶瓷仍难以在900℃以下烧结、生产成本仍较高的缺点，提供一种性能优良、在800~875℃范围内烧结的压敏电阻陶瓷的生产方法。

本发明专利提出一种以钙钛矿型镨基复合氧化物为主要掺杂、同时添加少量氧化钒、氧化钴、氧化锰或碳酸锰、氧化铋和氧化铌的氧化锌基压敏陶瓷。在传统混合氧化物陶瓷制备工艺下，这种陶瓷800~875℃经1~7小时烧结。所涉及镨基复合氧化物基本分子式为ABO₃，晶体结构为钙钛矿型，A位为镨原子、O位为氧原子；B位为锰或钴原子中的一种或两种； B位同时含有锰钴原子时，其中的一种的含量小于15%；当B位同时含有锰钴原子时，其B位含量较小的一种允许进一步被镁、铜或铁中的一种或一种以上原子取代，除B位主元素外的其它原子的取代总量小于15%。

本发明的技术方案为：

1）按摩尔比1：6配制十一氧化六镨和碳酸锰（或氧化锰）的混合物，采用行星球磨机混合12小时后进行干燥，然后在实验电炉中加热到1000℃，保温1小时后炉冷到室温制备出钙钛矿型镨锰复合氧化物（PrMnO₃）。