本發明涉及功能陶瓷技術領域，特別涉及一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷及其制備方法。

背景技術：

壓敏陶瓷是功能陶瓷的一種，它是指一定溫度下，某一特定電壓范圍內，具有非線性伏安特性且其電阻隨電壓的增加而急劇減小的一種半導體陶瓷材料。目前壓敏陶瓷主要有4大類。其中應用廣、性能好的當屬氧化鋅壓敏陶瓷。由于由于ZnO壓敏陶瓷呈現較好的壓敏特性，壓敏電阻α值(非線性指數)高(α>60SiC壓敏電阻器10倍以上)，有可調整C值和較高的通流容量，因此得到廣泛的應用。在電力系統、電子線路、家用電器等各種裝置中都有廣泛的應用，尤其在性能浪涌吸收、過壓保護、超導性能和無間隙避雷器方面的應用最為突出。

隨著電子通信設備小型化的要求，元器件的應用電壓大幅度降低，要求低壓化。根據ZnO壓敏陶瓷的微觀結構模型，實現低壓化的途徑主要有兩條：一是減小壓敏電阻的厚度；二是增大晶粒平均粒徑。通過方法一制備壓敏電壓為6V的壓敏陶瓷，其電阻器的厚度應小于100μm。但用該法制備低電壓壓敏陶瓷需要的設備價格昂貴，且工藝控制過程較為復雜。對于方法二而言，可通過提高燒成溫度或延長保溫時間來達到，但提高燒成溫度或延長保溫時間會導致氧化鋅及其添加物的大量揮發，而使元器件失去非線性或者性能劣化。此外，通過在配方中引入晶粒生長促進劑，可促進晶粒生長并明顯降低壓敏電壓，但同時由于晶粒發育不均勻，造成通流量不大。

技術實現要素：

本發明提供了一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷及其制備方法，該低壓ZnO壓敏電阻陶瓷能克服上述方法的不足并且能達到增加晶粒平均尺寸的目的。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 80～90份、Bi₂O₃1～10份、MnO₂ 0.6～1.2份、BaCO₃ 0.1～0.8份、Sb₂O₃ 0.7～1.1份、Co₂O₃ 0.8～1.2份、SiO₂0.9～1.5份、Cr₂O₃ 0.8～1.2份。

其中，優選地，一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 83～97份、Bi₂O₃4～6份、MnO₂ 0.8～1.0份、BaCO₃ 0.3～0.6份、Sb₂O₃ 0.8～1.0份、Co₂O₃ 0.9～1.1份、SiO₂ 1.1～1.3份、Cr₂O₃ 0.9～1.1份。

其中，優選地，一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 90份、Bi₂O₃5份、MnO₂ 0.9份、BaCO₃ 0.5份、Sb₂O₃ 0.9份、Co₂O₃ 1.0份、SiO₂ 1.2份、Cr₂O₃ 1.0份。

本發明并提供了一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)籽晶的制備：取BaCO₃和原料配方中總量的20～50％的ZnO混合，置于加有去離子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒壓片后于1400℃下燒結10h，在開水中煮6～8小時，洗滌后，用方孔篩分離出200～500目的籽晶待用；

(2)將Bi₂O₃、MnO₂、BaCO₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃、籽晶和剩余的ZnO倒入攪拌球磨機，并加入重量為所述添加劑總重量的75～80％的純水，球磨至粒徑至0.5～1.0μm，然后將所得混合溶液加熱至85～100℃，持續保溫和攪拌使溶劑蒸發至黏稠糊狀物，將糊狀物利用噴霧干燥技術噴射在合金襯底材料，在500～600℃煅燒6～10h，脫模后得到壓敏電阻陶瓷。

此工藝將含Ba離子的ZnO籽晶預先在1400度左右下第一步燒結10個小時后，Ba離子互溶進入ZnO籽晶中，使得籽晶電阻率顯著下降。當籽晶與剩余原料混合在一起進行正常的(第二步)陶瓷燒結時，由于籽晶的粒徑在75μm-25μm之間，原料中ZnO的平均顆粒尺寸大約0.6μm，遠小于籽晶粒徑，根據晶粒生長規律，大曲率半徑的晶粒將吸附小曲率半徑的晶粒而形成新的晶粒。因此在晶粒生長的過程中，將以籽晶為中心生長。在燒結結束以后，低電阻率的籽晶便被包圍在ZnO的晶粒中間，因此Ba離子的擴散效率得到了非常明顯的抑制，以將其殘壓比控制在1.2以下的同時，其泄漏電流小于1μA/cm ²，非線性系數在50以上，使得ZnO壓敏電阻達到理想的低殘壓的效果。

本發明有益效果：

本發明中在ZnO壓敏陶瓷中加入籽晶，可使原配方的壓敏電壓有顯著降低，而非線性系數、流通性又較好。本發明制得的壓敏電阻綜合性較為優良，其壓敏電壓降至10～12V/mm，殘壓比為1.190～1.20，其泄漏電流小于1μA/cm ²。

具體實施方式

下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例1

本實施例提供一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 90份、Bi₂O₃5份、MnO₂ 0.9份、BaCO₃ 0.5份、Sb₂O₃ 0.9份、Co₂O₃ 1.0份、SiO₂ 1.2份、Cr₂O₃ 1.0份。

上述低壓ZnO壓敏電阻陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)籽晶的制備：取BaCO₃和原料配方中總量的20～50％的ZnO混合，置于加有去離子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒壓片后于1400℃下燒結10h，在開水中煮6～8小時，洗滌后，用方孔篩分離出200～500目的籽晶待用；

(2)將Bi₂O₃、MnO₂、BaCO₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃、籽晶和剩余的ZnO倒入攪拌球磨機，并加入重量為所述添加劑總重量的75～80％的純水，球磨至粒徑至0.5～1.0μm，然后將所得混合溶液加熱至85～100℃，持續保溫和攪拌使溶劑蒸發至黏稠糊狀物，將糊狀物利用噴霧干燥技術噴射在合金襯底材料，在500～600℃煅燒6～10h，脫模后得到壓敏電阻陶瓷。

本實施例的低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，其壓敏電壓降至11V/mm，殘壓比為1.198，其泄漏電流小于1μA/cm ²。

實施例2

本實施例提供一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 800份、Bi₂O₃10份、MnO₂ 0.6份、BaCO₃0.8份、Sb₂O₃ 1.1份、Co₂O₃ 0.8份、SiO₂ 1.5份、Cr₂O₃ 0.8份。

上述低壓ZnO壓敏電阻陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)籽晶的制備：取BaCO₃和原料配方中總量的20～50％的ZnO混合，置于加有去離子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒壓片后于1400℃下燒結10h，在開水中煮6～8小時，洗滌后，用方孔篩分離出200～500目的籽晶待用；

(2)將Bi₂O₃、MnO₂、BaCO₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃、籽晶和剩余的ZnO倒入攪拌球磨機，并加入重量為所述添加劑總重量的75～80％的純水，球磨至粒徑至0.5～1.0μm，然后將所得混合溶液加熱至85～100℃，持續保溫和攪拌使溶劑蒸發至黏稠糊狀物，將糊狀物利用噴霧干燥技術噴射在合金襯底材料，在500～600℃煅燒6～10h，脫模后得到壓敏電阻陶瓷。

本實施例的低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，其壓敏電壓降至10V/mm，殘壓比為1.190，其泄漏電流小于1μA/cm ²。

實施例3

本實施例提供一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 90份、Bi₂O₃1份、MnO₂ 1.2份、BaCO₃ 0.1份、Sb₂O₃ 1.1份、Co₂O₃ 0.8份、SiO₂ 1.5份、Cr₂O₃ 0.8份。

上述低壓ZnO壓敏電阻陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)籽晶的制備：取BaCO₃和原料配方中總量的20～50％的ZnO混合，置于加有去離子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒壓片后于1400℃下燒結10h，在開水中煮6～8小時，洗滌后，用方孔篩分離出200～500目的籽晶待用；

(2)將Bi₂O₃、MnO₂、BaCO₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃、籽晶和剩余的ZnO倒入攪拌球磨機，并加入重量為所述添加劑總重量的75～80％的純水，球磨至粒徑至0.5～1.0μm，然后將所得混合溶液加熱至85～100℃，持續保溫和攪拌使溶劑蒸發至黏稠糊狀物，將糊狀物利用噴霧干燥技術噴射在合金襯底材料，在500～600℃煅燒6～10h，脫模后得到壓敏電阻陶瓷。

本實施例的低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，其壓敏電壓降至12V/mm，殘壓比為1.20，其泄漏電流小于1μA/cm ²。

實施例4

本實施例提供一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 83份、Bi₂O₃6份、MnO₂ 0.8份、BaCO₃ 0.6份、Sb₂O₃ 0.8份、Co₂O₃ 1.1份、SiO₂ 1.1份、Cr₂O₃ 1.1份。

上述低壓ZnO壓敏電阻陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)籽晶的制備：取BaCO₃和原料配方中總量的20～50％的ZnO混合，置于加有去離子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒壓片后于1400℃下燒結10h，在開水中煮6～8小時，洗滌后，用方孔篩分離出200～500目的籽晶待用；

(2)將Bi₂O₃、MnO₂、BaCO₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃、籽晶和剩余的ZnO倒入攪拌球磨機，并加入重量為所述添加劑總重量的75～80％的純水，球磨至粒徑至0.5～1.0μm，然后將所得混合溶液加熱至85～100℃，持續保溫和攪拌使溶劑蒸發至黏稠糊狀物，將糊狀物利用噴霧干燥技術噴射在合金襯底材料，在500～600℃煅燒6～10h，脫模后得到壓敏電阻陶瓷。

本實施例的低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，其壓敏電壓降至11V/mm，殘壓比為1.193，其泄漏電流小于1μA/cm ²。

實施例5

本實施例提供一種低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 97份、Bi₂O₃4份、MnO₂ 1.0份、BaCO₃ 0.3份、Sb₂O₃ 1.0份、Co₂O₃ 0.9份、SiO₂ 1.3份、Cr₂O₃ 0.9份。

上述低壓ZnO壓敏電阻陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)籽晶的制備：取BaCO₃和原料配方中總量的20～50％的ZnO混合，置于加有去離子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒壓片后于1400℃下燒結10h，在開水中煮6～8小時，洗滌后，用方孔篩分離出200～500目的籽晶待用；

(2)將Bi₂O₃、MnO₂、BaCO₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃、籽晶和剩余的ZnO倒入攪拌球磨機，并加入重量為所述添加劑總重量的75～80％的純水，球磨至粒徑至0.5～1.0μm，然后將所得混合溶液加熱至85～100℃，持續保溫和攪拌使溶劑蒸發至黏稠糊狀物，將糊狀物利用噴霧干燥技術噴射在合金襯底材料，在500～600℃煅燒6～10h，脫模后得到壓敏電阻陶瓷。

本實施例的低壓ZnO壓敏電阻陶瓷，其壓敏電壓降至11V/mm，殘壓比為1.195，其泄漏電流小于1μA/cm ²。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。