[发明专利]一种压敏陶瓷材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种压敏陶瓷材料的制备方法及应用，属于电器元件及其材料制造技术领域。

背景技术

TiO₂压敏电阻是八十年代国外率先研究发展起来的。TiO₂压敏电阻具有压敏电压低和耐浪涌能力强等优点，并且工艺简单，不需在高温下还原烧成，省去热处理，可以在大气中一次烧成，使成本大大降低，是一种很有发展前途的功能电阻元件。

国内外做的比较成熟的压敏陶瓷电阻主要是ZnO和SrTiO₃这两类，他们的制作工艺比较复杂，尤其是在SrTiO₃的气氛控制、ZnO复杂的烧结曲线等方面。不仅工艺复杂，成本比较高，而且其使用范围有限。

目前，对TiO₂压敏电阻生产方法的研究主要有稀土掺杂、受主掺杂和施主掺杂等方面。如有不少人提出用Sr做受主掺杂来改变其压敏电压和非线性系数，或通过La做施主掺杂等等。但是这些方法制作的样品普遍都存在压敏电压较高，非线性系数较低的缺点，而且这些样品在性能要求上没有使较低的压敏电压和较高的非线性系数两者统一。因此，需要有新的、性能好的TiO₂压敏陶瓷电阻，以使其特有的优越的电性能更好地为工业所利用。

专利申请号为“2005100107565”、名称为“纳米改性制造TiO₂压敏陶瓷材料的方法及应用”的方法制造的TiO₂压敏陶瓷电阻，将TiO₂加上从一组掺杂元素Nb、Si、La、Mn、Y、Sr、Zn、纳米TiO₂中任选的氧化物粉组成的混合原料，经磨细、干燥、造粒、烧结后制备得到TiO₂压敏陶瓷材料，该压敏陶瓷材料进行表面加工后，电极烧银、封装得到TiO₂压敏陶瓷电阻。但是该专利依然存在压敏电压较高、非线性系数较低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题及不足，提供一种压敏陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将Ge粉、Nb₂O₅粉和Y₂O₃粉加入到TiO₂粉末中混合均匀得到混合物料，在混合物料中Ge粉的质量百分比为0.90%~2.68%，Nb₂O₅的质量百分比为0.66%~1.6%，Y₂O₃的质量百分比为0.56%~1.39%；

（2）将步骤（1）制备得到的混合粉末球磨（加入水和酒精球磨混合6~12h）、干燥（球磨后的常规干燥，干燥至物料为粉状即可）、过300~350目标准筛后造粒，然后用100~150Mpa的压力将粉料压制成块状材料；

（3）将步骤（2）得到的块状材料逐渐加热到400~600℃后进行排胶15~30min，再在1100~1350℃加热烧结并保温1.5~3h，最后将烧结好的烧结体冷却到室温得到Ge、Nb₂O₅、Y₂O₃共掺杂TiO₂压敏陶瓷。

本发明所述Ge粉、Nb₂O₅粉和Y₂O₃粉的粒径为20~45μm。

步骤（2）所述造粒过程为：按干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液的质量比为10:1~5:1的比例在粉料中加入聚乙烯醇水溶液研磨15~30min，过40~45目标准筛后用50~80Mpa压力预压成块，然后打碎，再次过40~45目标准筛，其中，聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为8~10%。

该压敏陶瓷材料的压敏电压和漏电流随着烧结温度的升高而降低，非线性系数和介电常数随着烧结温度的升高而增大，介电损耗随烧结温度的升高呈降低的总趋势。压敏电压V_1mA可达12.8V/mm，非线性系数α可达13.6，漏电流I_L可达9.6μA。