[发明专利]一种高非线性压敏陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种高非线性压敏陶瓷的制备方法，属于压敏陶瓷技术领域。本发明采用溶胶‑凝胶法制备出二氧化硅‑氧化镁‑二氧化锡复合气凝胶作为填料，以氧化锌、氧化铋为原料，和聚氨酯橡胶复合制备出一种高非线性压敏陶瓷；气凝胶是一种结构可控的新型轻质纳米多孔性非晶固态材料，由于它特有的纳米多孔、三维网络结构，气凝胶具有许多独特的性能，尤其表现在高孔隙率、低密度、低热导率等方面；由于二氧化硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构，通过同步溶胶‑凝胶法掺杂氧化镁和二氧化锡，能有效提高压敏陶瓷的非线性系数；本发明中氧化镁的掺杂，使得制备的压敏陶瓷具有较好的残压比、非线性系数、电压梯度等电学特性。

技术领域

本发明涉及一种高非线性压敏陶瓷的制备方法，属于压敏陶瓷技术领域。

背景技术

压敏特性是指当向压敏材料施加电压超过某个临界值之后，通过压敏材料的电流迅速增大，而电阻率急剧下降的一种现象；拥有这种特性的材料具有在突发情况时能很好地保护用电器件免遭损坏的特点。当电压正常或低于压敏材料的压敏电压时，压敏陶瓷被看作绝缘体，电阻值很高。但当由于突发情况使得工作电压高于压敏材料的压敏电压时，压敏材料的电阻值立即骤减而接近导体，而显得用电器件支路变成阻值很大，因分流作用从而有效地保护了用电器件。因此防止突发过电压给用电器件造成损害，压敏电压除拥有非线性系数高、漏电流低、温度特性好等优点外，还必须有很快的响应速度、很强的抑制过电压能力。

压敏陶瓷是指电阻值在一定的电流范围内随电压的变化而呈现非线性变化的半导体陶瓷器件，其微观结构通常由半导化晶粒和绝缘化晶界组成，正是这种结构导致了压敏陶瓷的非线性特性和电容效应。存在显著电容效应的压敏陶瓷通常称为电容-压敏双功能元件，在电子线路中能够起到过电压保护和滤除噪声的双重作用。随着科学技术和信息技术的迅猛发展，电子设备的小型化、多功能化、高稳定性已经成为发展的必然趋势，作为保护半导体元件的压敏陶瓷也相应地向着低压化、多功能和高可靠性方向发展。

压敏陶瓷广泛应用于电力系统、电子线路和家用电器等领域，一般起到过电压保护、吸收浪涌、稳定电压等保护作用，被誉为电子领域的保护神。

过压保护主要是利用压敏陶瓷的伏安非线性特性。压敏陶瓷用于瞬时过电压保护元件时必须与被保护的负载平行并联在电力线，而且压敏电压应稍高于被保护系统的最大设计电压。在正常使用情况下，压敏陶瓷相当于绝缘体，对线路不会造成影响，在瞬时过电压超过压敏电压时，压敏陶瓷即进入非线性区，其电流急剧上升，成为导通的分路，使得受保护的电子器件免受损害。压敏陶瓷元器件可应用于大型电源设备、大电机、大电磁铁等。

在强电领域中，压敏陶瓷广泛应用于电力输配系统。这类强电系统中需要用足够大的电涌抑制器来维持10⁶伏的电力系统的正常工作，并且能吸收10⁶焦耳的瞬时能量，这就需要用到大体积的压敏陶瓷。一般通过提高样品厚度或采用多个样品串联的方法来实现。

在弱电领域中，压敏陶瓷也被广泛地应用。例如防止各类电子设备的微型电动机产生的电噪声，吸收彩色电视机的显像管电路放电，释放小型继电器接点的瞬时电压，防护半导体元件的静电，吸收汽车用发动机异常输出功率电压，抑制电子线路上的尖峰电压和电火花等。

压敏陶瓷伏安特性的非线性也可以用来稳定电压。在实际应用中，压敏陶瓷元件作稳压器主要有：（1）电视显像管阳极高压稳定器；（2）电话线路均衡器。

近年来，随着电子科学技术的飞速发展，对压敏材料的要求趋向小型化、多功能、低压化。