[发明专利]一种压敏复合材料制备方法有效

专利信息
申请号: 202110070428.3 申请日: 2021-01-19
公开(公告)号: CN112662175B 公开(公告)日: 2022-07-12
发明(设计)人: 郑兴华;赵丁仪;蔡冬青;刘用涛 申请(专利权)人: 福州大学
主分类号: C08L79/04 分类号: C08L79/04;C08K3/22
代理公司: 福州元创专利商标代理有限公司 35100 代理人: 俞舟舟;蔡学俊
地址: 350108 福建省福州市*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 一种 复合材料 制备 方法
【说明书】:

本发明公开了一种压敏复合材料制备方法,所述的压敏复合材料由商用ZnO基压敏陶瓷与热固性高分子聚合物复合而成,其制备方法为:(1)将ZnO基压敏陶瓷粉体压制成圆形或者方形坯体;(2)将坯体在合适温度下烧结成ZnO基陶瓷;(3)将ZnO基陶瓷与热固性聚合物复合固化,获得高性能压敏复合材料。与现有技术相比,本发明制备工艺简单、成本低廉且节能减排,制备出的复合材料具有高压敏系数α(60)、低漏电流(0.10μA/cm2)、低残压比(1.3)、低介电常数(300)和低介电损耗(0.015),具有广泛的应用前景和工业价值。

技术领域

本发明属于材料和器件制备领域,特别涉及一种高性能压敏复合材料的制备方法。

背景技术

ZnO压敏陶瓷是指当电流流过ZnO压敏陶瓷时,其电流随电压升高I-V会表现出非线性特征,并且这种特征可以在电路中出现瞬间浪涌电流时,自身迅速由高阻态向低阻态改变,导通大电流的同时保护电路,是一类重要的功能陶瓷。其基本特征是具有适当的压敏电压值、高非线性系数和低漏电流,在大电流的条件下其具有高通流量、低残压值、高可靠性、低变化率等多种性能特征,并对多种不同波形的脉冲电流可以很好适应。这些特定性能使得ZnO压敏陶瓷材料广泛应用于电力工业中的避雷器和在电子电路中充当过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、保护半导体器件等作用。

ZnO压敏陶瓷的非线性特征可以分为三个区域:当电流密度在~10-4A/cm2范围时,电场强度在102-103V/cm,ZnO压敏陶瓷表现为典型的欧姆特性,并称为预击穿线性区域;随着电场强度的增加,ZnO压敏陶瓷将向非欧姆特性转变(非线性区域);并且在到达第二个欧姆区域之前,将电流密度传导至102-103 A/cm2,之后被称为上升区。从应用的角度来看,每个区域都具有特定的功能,低电流线性区域确定稳定施加外部电压时的功率损耗,非线性区域确定了在施加瞬态浪涌并开始钳位时的钳位电压(又称压敏电压),大电流区域对于防止雷电浪涌随着电流等级的提升尤为重要,在这个区域导通高强度电流,从而保护元器件。在ZnO压敏陶瓷的诸多性能指标中,通流容量和残压比是尤其重要的两个技术参数,通流容量决定了在高电流区域内ZnO压敏陶瓷所能承受的电流强度。而残压比是当浪涌电流通过ZnO压敏陶瓷时其样品两端的残余电压值和压敏电压的比值,由于ZnO压敏陶瓷在电路中总是和电路设备以并联的形式存在于电路中,因此残压比是ZnO压敏陶瓷在确定电力系统绝缘水平和保护等级时的重要参数,具有低残压比的ZnO压敏陶瓷可以有效的降低电路设备的绝缘要求。因此,通流容量和残压比对电路安全性都具有较强的实际意义。

为了ZnO压敏陶瓷提高通流容量和降低残压比,已有诸多的研究人员进行了报道,通过施主添加剂(如:Al3+、Ln3+、Ga3+等)调节ZnO压敏陶瓷的晶粒电阻率,从而降低残压比,但是过量的施主掺杂带来了漏电流的显著增加,从而不利于ZnO压敏陶瓷的长期稳定运行,因此综合性能较差。也采用调节制备工艺来细化晶粒,改善晶粒均匀性来降低残压比,如专利201510998609.7把除了ZnO以外的添加剂进行多次球磨、预烧来使得部分原材料预反应,从而提高ZnO压敏陶瓷的势垒和稳定性,提高了通流容量并具有较低的残压比。

目前,通过传统工艺制备的ZnO压敏陶瓷在优化通流容量和残压比时,很难兼顾其他性能,而要获得低残压比的同时具有其他优异的压敏性能,要么就显著增加了整体工艺的复杂性。但是陶瓷体的均匀性受到整个生产工艺多方面(如:原材料尺寸、球磨工艺、烧结均匀性等)的共同影响,通过传统方法制备的ZnO压敏陶瓷很难得到本质性的提高。因此,如何简化工艺的同时获得优异压敏性能(特别是低的残压比)是压敏材料研发和生产的重要课题。

随着电子信息产业的小型化、集成化、多功能化的快速发展,对相应的功能材料提出越来越高的要求。广泛应用的ZnO压敏电阻虽具有较好的压敏特性,但存在介电常数高、介质损耗大、漏电流大和残压比高等不足,很大程度上制约其应用。

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