本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種低溫?zé)Y(jié)的ZnO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料，由如下原料制成：ZnO、Bi2O3、TiO2、Co2O3、Cr2O3、MnCO3、NiO、Al2O3和硼的氧化物；相對(duì)于100重量份ZnO，所述的硼的氧化物的添加量以B2O3換算計(jì)為2.2～20重量份。該材料不含Sb2O3，燒結(jié)溫度較低，電壓敏綜合性能優(yōu)良。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)了該材料的制備方法，工藝簡(jiǎn)單易于操作。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種低溫?zé)Y(jié)的ZnO-Bi2O3-IO3系壓敏電阻材料及其制備方法
技術(shù)介紹
本專(zhuān)利技術(shù)屬于壓敏電阻材料
，具體涉及一種低溫?zé)Y(jié)的SiO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
氧化鋅壓敏電阻由于其優(yōu)異的壓敏特性，自問(wèn)世以來(lái)一直備受研究者的注意，并在世界各國(guó)避雷器中得到廣泛應(yīng)用。通常的氧化鋅壓敏電阻材料都是以ZnO為主要成分， 通過(guò)添加Bi203、Sb203> MnO2, Co2O3> Cr2O3等金屬氧化物(一般含8-10種)按普通電子陶瓷工藝制造而成的燒結(jié)體(或陶瓷)。這些添加劑按作用機(jī)理可分為三類(lèi)(1)促進(jìn)氧化鋅壓敏陶瓷形成晶界結(jié)構(gòu)的添加物，如Bi203、BaO, SrO、PbO, Pr2O3等，它們主要的影響是促進(jìn)液相燒結(jié)并形成陷阱和表面態(tài)而使氧化鋅壓敏電阻材料具有非線性；(2)改善氧化鋅壓敏陶瓷電氣性能非線性特性的添加物，如Mn0、CO203、Cr203、Al203等，它們的一部分為施主雜質(zhì)所固溶于SiO晶粒中提供載流子，其余部分則在晶界上形成陷阱和受主態(tài)而提高了勢(shì)壘的高度；(3)提高可靠性的添加物，如Sb203、Si02、Ni0、CeA和少量玻璃料，它們的主要作用是提高氧化鋅壓敏陶瓷對(duì)電壓負(fù)荷和環(huán)境(如溫度和濕度)的影響的穩(wěn)定性。根據(jù)添加劑的不同，氧化鋅壓敏電阻一般分成不同的材料體系，其中應(yīng)用最廣泛的是SiO-Bi2O3-Sb2O3系壓敏電阻材料，該材料體系中除Bi203、Sb2O3用作添加劑外，還添加了少量的MnO、Co2O3> NiO, Cr2O3等過(guò)渡金屬氧化物。該材料體系中氧化鉍(Bi2O3)主要起促進(jìn)氧化鋅晶粒生長(zhǎng)和提高晶界電阻的作用；氧化銻(Sb2O3)則是通過(guò)其在燒結(jié)過(guò)程中能夠吸附于氧化鋅(ZnO)晶粒表面的特點(diǎn)來(lái)抑制晶粒的生長(zhǎng)，提高晶粒的均勻性。 SiO-Bi2O3-Sb2O3系壓敏電阻材料一般具有較好的電壓敏綜合性能，但由于存在一定量抑制晶粒生長(zhǎng)的Sb2O3，其燒結(jié)溫度較高，一般在1100°C -1300°C之間，高的燒結(jié)溫度不但容易使陶瓷片發(fā)生形變，影響陶瓷片電極的涂覆質(zhì)量，從而影響到產(chǎn)品率，而且容易使低熔點(diǎn)組分如Bi203、Sb2O3過(guò)量揮發(fā)，導(dǎo)致器件電壓敏參數(shù)下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種低溫?zé)Y(jié)的SiO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料，該材料綜合性能優(yōu)越、成本低廉。本專(zhuān)利技術(shù)還提供了一種低溫?zé)Y(jié)的SiO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料的制備方法，該方法制備工藝簡(jiǎn)單、燒結(jié)溫度低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本專(zhuān)利技術(shù)利用硼的氧化物一方面具有較低的熔點(diǎn)，這種低熔點(diǎn)氧化物在陶瓷材料燒結(jié)過(guò)程中能夠有效的促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)和降低燒結(jié)溫度；另一方面又分別能與ZnO-Bi2O3-B2O3 系壓敏電阻材料中的ZnO和Bi2O3發(fā)生反應(yīng)(通過(guò)硼的氧化物與Bi2O3之間的低溫液相反應(yīng)可以促進(jìn)添加劑材料在氧化鋅晶界的均勻分布改善壓敏陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)，通過(guò)硼的氧化物與SiO晶粒在界面的反應(yīng)可以控制晶粒的均勻生長(zhǎng))的特點(diǎn)。用適量硼的氧化物取代SiO 壓敏陶瓷中傳統(tǒng)的晶粒生長(zhǎng)抑制劑Sb2O3，實(shí)現(xiàn)既降低燒結(jié)溫度，同時(shí)又進(jìn)一步優(yōu)化材料的電壓敏綜合性能的目的。一種低溫?zé)Y(jié)的SiO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料，由如下原料制成&i0、Bi203、 TiO2, Co2O3、Cr2O3> MnCO3、NiO、Al2O3 和硼的氧化物；所述的ai0、Bi203、Ti02、Co203、Cr203、MnC03、Ni0 和 Al2O3 中各原料的摩爾百分比組成為ZnO90. 5%' 96. 5%Bi2O30. 3% 5% ；TiO20.■ 3% ；Co2O30. 2% ；Cr2O30. 1% ；MnCO30. 2%~■ 2% ；NiO0. 1%--1% ；Al2O30. 005% 0. 05%相對(duì)于100重量份aiO，所述的硼的氧化物的添加量以化03換算計(jì)為2. 2 20重量份。本專(zhuān)利技術(shù)在Zn0、Bi203、Ti02、Co203、Cr203、MnC03、Ni0、Al203 組成的主料(即 ZnO-Bi2O3 系壓敏電阻材料)中添加適量的低熔點(diǎn)硼的氧化物，其作用機(jī)理在于與氧化鋅壓敏電阻材料兼容較好的低熔點(diǎn)硼的氧化物在燒結(jié)過(guò)程中能夠有效促進(jìn)氧化鋅晶粒的生長(zhǎng)，同時(shí)通過(guò)與Bi2O3和ZnO的反應(yīng)改善壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)SiO-Bi2O3系壓敏電阻材料燒結(jié)溫度降低，同時(shí)材料的電壓敏綜合性能進(jìn)一步優(yōu)化。為了達(dá)到更好的專(zhuān)利技術(shù)效果，所述的硼的氧化物優(yōu)選為三氧化二硼或硼酸。所述的低溫?zé)Y(jié)的ZnO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料的微觀結(jié)構(gòu)中含有硼鉍玻璃和硼酸鋅相。所述的低溫?zé)Y(jié)的SiO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料的制備方法，包括以下步驟將SiO、Bi203、TiO2, Co2O3> Cr2O3> MnCO3> NiO、Al2O3 和硼的氧化物混合均勻后經(jīng)過(guò)濕法球磨、干燥、加壓成型和燒結(jié)，制得低溫?zé)Y(jié)的氧化鋅壓敏電阻材料。所述的濕法球磨的條件優(yōu)選為以去離子水為溶劑，球磨2小時(shí) 5小時(shí)。所述的干燥的條件優(yōu)選為在80°C 95°C干燥10小時(shí) 15小時(shí)。所述的燒結(jié)的條件優(yōu)選為以120°C /小時(shí) 300°C /小時(shí)的升溫速率升溫至 750°C 950°C保溫2小時(shí) 5小時(shí)。本專(zhuān)利技術(shù)低溫?zé)Y(jié)的ZnO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料具有高的電壓梯度 (VlfflA ^ 230V/mm)和很好的電壓敏綜合性能。其在輸電線路保護(hù)領(lǐng)域特別是高壓避雷器方面有十分重要的應(yīng)用潛能。與現(xiàn)有氧化鋅壓敏材料相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本專(zhuān)利技術(shù)低溫?zé)Y(jié)的ZnO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料不含SId2O3，具有低的燒成溫度， 其在750°C 950°C條件下即能燒成。本專(zhuān)利技術(shù)低溫?zé)Y(jié)的ZnO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料具有很好的電壓敏綜合性能 ⑴該低溫?zé)Y(jié)的ZnO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料具有合適的電位梯度、高的非線性系數(shù)和低的漏電流密度在750°C _950°C燒結(jié)的該ZnO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料的電位梯度VlmA=230 420V/mm，非線性系數(shù)α大于50，漏電流0. 75VlmA下小于0. 5 μ A ；合適的電位梯度、高的非線性系數(shù)和低的漏電流密度使得其在實(shí)際應(yīng)用中不僅功耗小、用電量低，同時(shí)難以發(fā)生由自己失控造成的發(fā)熱破壞；(2)該低溫?zé)Y(jié)的SiO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料具有高的電流通流容量和低的壓敏電壓變化率在750°C _950°C燒結(jié)的該ZnO-Bi2O3-B2O3系氧化鋅壓敏電阻材料(以直徑35mm圓片為例)的電流通流容量(GB-10193中規(guī)定的8/20 μ S 波形兩次脈沖實(shí)驗(yàn))大于lOOOA/cm3，通流后壓敏電壓V1im變化率為士 O. O 4. 0) %。高的通流容量和低的壓敏電壓變化率，使得其在處理雷電沖擊、點(diǎn)火沖擊、甩負(fù)沖擊等脈沖性大電流沖擊時(shí)的浪涌吸收能力和穩(wěn)定性大幅提高。(3)該低溫?zé)Y(jié)的SiO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料具有很好的耐老化性能在750°C -950°C燒結(jié)的該氧化鋅壓敏電阻材料的耐老化系數(shù)小于0. 85。本專(zhuān)利技術(shù)低溫?zé)Y(jié)的ZnO-Bi2O3-B2O3系壓敏電阻材料制備時(shí)僅需將本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種低溫?zé)Y(jié)的ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３系壓敏電阻材料，由如下原料制成：ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＣＯ３、ＮｉＯ、Ａｌ２Ｏ３和硼的氧化物；所述的ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＣＯ３、ＮｉＯ和Ａｌ２Ｏ３中各原料的摩爾百分比組成為：ＺｎＯ ?。梗埃担ァ梗叮担?；Ｂｉ２Ｏ３ ?。埃常ァ担?；ＴｉＯ２ ０．１％～３％；Ｃｏ２Ｏ３０．１％～２％；Ｃｒ２Ｏ３ ０．１％～１％；ＭｎＣＯ３ ?。埃玻ァ玻?；ＮｉＯ ?。埃保ァ保ィ唬粒欤玻希场 。埃埃埃担ァ埃埃担?；相對(duì)于１００重量份ＺｎＯ，所述的硼的氧化物的添加量以Ｂ２Ｏ３換算計(jì)為２．２～２０重量份。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉豐華，許高杰，段雷，李勇，崔平，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：97
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