一種氧化鋅壓敏電阻材料及其製備方法與流程

2023-05-13 14:25:01

本發明涉及電力電子材料
技術領域：
，具體涉及一種氧化鋅壓敏電阻材料及其製備方法。
背景技術：
：氧化鋅壓敏電阻由於其優異的壓敏特性，自問世以來一直備受研究者的注意，並在世界各國避雷器中得到廣泛應用。氧化鋅基陶瓷壓敏電阻材料是一種抑制瞬態浪湧電壓的電子材料，近來電子技術的發展對兼有除壓敏功能以外的其他功能，如巨大的電容量的需求十分迫切。化鋅壓敏電阻材料可用於製造高性能氧化鋅壓敏電阻片，該電阻片可用於製造避雷器或者壓敏電阻器，應用於電力電子線路中吸收異常過電壓以保護線路系統。電力電子線路中經常會因雷擊負載投切引起線路異常過電壓，氧化鋅材料已經大量用於電力電子線路中吸收或抑制異常過電壓，保護電力電子設備免遭破壞。目前，市場上的氧化鋅壓敏電阻器介質中，主要成分氧化鋅所佔重量比例為87－93％，其它成分(即添加劑)總共所佔重量比例為7－13％。眾所周知，氧化鋅是氧化鋅壓敏電阻器介質的基礎材料，呈白色粉未狀，晶體結構為六方晶系，而氧化鋅壓敏電阻器介質中其它成分的熔點大多低於氧化鋅，目前行業中氧化鋅壓敏電阻器瓷介材料主要為九元系配方，氧化鋅壓敏電阻器晶片燒結一般在高溫1250-1300℃、保溫2.5小時左右(總時間15小時左右)的條件下燒成。根據添加劑的不同，氧化鋅壓敏電阻一般分成不同的材料體系，其中應用最廣泛的是zno-bi2o3-sb2o3系壓敏電阻材料。目前所使用的氧化鋅基壓敏電阻材料的介電常數相對較小，通過調節其中的添加劑的比例，在一定程度上能夠提高材料的介電特性，但是依然不能滿足大容量應用的要求，例如消噪等方面。而半導體化的tio2、srtio3除具有壓敏功能外，其介電常數通常可以達到幾千，但是其製備工藝相對比較複雜且不易控制。因此尋求一種製備工藝簡單，介電常數較高且有良好的壓敏功能的材料才能滿足微電子技術器件小型化、多功能化的要求，同時主要的幾項電壓敏參數(非線性係數、漏電流、電流通流容量和通流後壓敏電壓變化率)的優化還不理想。技術實現要素：針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種氧化鋅壓敏電阻材料，該氧化鋅壓敏電阻材料耐電流脈衝能力強、漏電流較低、非線性係數較大、穩定性較好，散熱能力較強，同時本發明的氧化鋅壓敏電阻材料的製備方法成本較低、原料易得、且製備方法簡單，具有良好的應用前景。本發明解決技術問題採用如下技術方案：本發明提供了一種氧化鋅壓敏電阻材料，包括以下重量份的原料：氧化鋅90-100份、氧化鋇0.1-1份、氧化硼5-15份、三氧化二鉍0.5-5份、氧化鋁0.1-0.5份、三氧化二鉻0.5-1份、二氧化矽0.05-1.2份、氧化鎳0.05-1.2份、碳酸鈣0.1-1份、碳酸錳0.5-2份、稀土氯化物0.05-1份。優選地，所述電池材料包括以下重量份的原料：氧化鋅95份、氧化鋇0.5份、氧化硼10份、三氧化二鉍3份、氧化鋁0.3份、三氧化二鉻0.8份、二氧化矽0.5份、氧化鎳0.5份、碳酸鈣0.5份、碳酸錳1.2份、稀土氯化物0.5份。優選地，所述稀土氯化物為氯化鈥、氯化釹、氯化釤、氯化鏑中的一種或幾種。優選地，所述氧化鋅規格為納米級別。本發明還提供了一種氧化鋅壓敏電阻材料的製備方法，包括以下步驟：步驟一，將氧化鋇、氧化硼、三氧化二鉍、氧化鋁、三氧化二鉻、二氧化矽份、氧化鎳份、碳酸鈣份、碳酸錳份、稀土氯化物加入行星式球磨機中，添加無水乙醇作為潤滑劑，以500-600r/min的轉速球磨2-5小時，球磨結束後將混合物放入60-90℃的烘箱中烘乾得到混合物a；步驟二，將混合物a、氧化鋅加入攪拌機中以800-1000r/min的轉速，攪拌10-30分鐘得到混合物b；步驟三，將混合物b加入高溫煅燒箱中，以130-150℃/min，升溫到1100-1200℃，保溫3-4小時，即得所述氧化鋅壓敏電阻材料。優選地，所述步驟一中轉速為550r/min、球磨時間3.5小時，烘箱溫度為75℃。優選地，所述步驟二中攪拌轉速為900r/min，攪拌時間為20分鐘。優選地，所述步驟三中升溫速率為140℃/min，保溫溫度為1160℃、時間為3.5小時。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：（1）本發明的氧化鋅壓敏電阻材料中添加了氧化鋇、三氧化二鉍，能夠促使燒結時形成陷阱和表面態而使氧化鋅壓敏電阻材料具有非線性，增加了壓敏電阻材料的靈敏性。（2）本發明的氧化鋅壓敏電阻材料添加了三氧化二鉻、碳酸錳，能夠提高壓敏電阻的勢壘高度，從而能夠增加材料的介電常數。（3）本發明的氧化鋅壓敏電阻材料添加了氧化矽、氧化鎳，可以提高氧化鋅壓敏陶瓷對電壓負荷和環境(如溫度和溼度)的影響的穩定性。（4）本發明的氧化鋅壓敏電阻材料添加了少量的氧化鋁，可以增加材料的導熱性能，使得利用本材料製得的壓敏電阻具有較好的耐熱性，從而可以增加電阻的功率。（5）本發明的氧化鋅壓敏電阻材料添加了少量的稀土氯化物，可以增加材料的耐候性，增強材料的穩定性，延長材料的使用時間。（6）本發明的氧化鋅壓敏電阻材料的製備方法成本較低、原料易得、且製備方法簡單，具有良好的應用前景。具體實施方式下面結合具體實施例，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。基於本發明中的實施例，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，都屬於本發明保護的範圍。實施例1.本實施例的氧化鋅壓敏電阻材料，包括以下重量份的原料：一種氧化鋅壓敏電阻材料，其特徵在於，包括以下重量份的原料：氧化鋅90份、氧化鋇0.1份、氧化硼5份、三氧化二鉍0.5份、氧化鋁0.1份、三氧化二鉻0.5份、二氧化矽0.05份、氧化鎳0.05份、碳酸鈣0.1份、碳酸錳0.5份、稀土氯化物0.05份。本實施例中稀土氯化物為氯化鈥。本實施例中氧化鋅規格為納米級別。本實施例的氧化鋅壓敏電阻材料的製備方法，包括以下步驟：步驟一，將氧化鋇、氧化硼、三氧化二鉍、氧化鋁、三氧化二鉻、二氧化矽份、氧化鎳份、碳酸鈣份、碳酸錳份、稀土氯化物加入行星式球磨機中，添加無水乙醇作為潤滑劑，以500r/min的轉速球磨2小時，球磨結束後將混合物放入60℃的烘箱中烘乾得到混合物a；步驟二，將混合物a、氧化鋅加入攪拌機中以800r/min的轉速，攪拌10分鐘得到混合物b；步驟三，將混合物b加入高溫煅燒箱中，以130℃/min，升溫到1100℃，保溫3小時，即得所述氧化鋅壓敏電阻材料。實施例2.本實施例的氧化鋅壓敏電阻材料，包括以下重量份的原料：氧化鋅100份、氧化鋇1份、氧化硼15份、三氧化二鉍5份、氧化鋁0.5份、三氧化二鉻1份、二氧化矽1.2份、氧化鎳1.2份、碳酸鈣1份、碳酸錳2份、稀土氯化物1份。本實施例中稀土氯化物為氯化鏑。本實施例中氧化鋅規格為納米級別。本實施例的氧化鋅壓敏電阻材料的製備方法，包括以下步驟：步驟一，將氧化鋇、氧化硼、三氧化二鉍、氧化鋁、三氧化二鉻、二氧化矽份、氧化鎳份、碳酸鈣份、碳酸錳份、稀土氯化物加入行星式球磨機中，添加無水乙醇作為潤滑劑，以600r/min的轉速球磨5小時，球磨結束後將混合物放入90℃的烘箱中烘乾得到混合物a；步驟二，將混合物a、氧化鋅加入攪拌機中以1000r/min的轉速，攪拌30分鐘得到混合物b；步驟三，將混合物b加入高溫煅燒箱中，以150℃/min，升溫到1200℃，保溫4小時，即得所述氧化鋅壓敏電阻材料。實施例3.本實施例的氧化鋅壓敏電阻材料，包括以下重量份的原料：氧化鋅95份、氧化鋇0.5份、氧化硼10份、三氧化二鉍3份、氧化鋁0.3份、三氧化二鉻0.8份、二氧化矽0.5份、氧化鎳0.5份、碳酸鈣0.5份、碳酸錳1.2份、稀土氯化物0.5份。本實施例中稀土氯化物為氯化釤。本實施例中氧化鋅規格為納米級別。本實施例的氧化鋅壓敏電阻材料的製備方法，包括以下步驟：步驟一，將氧化鋇、氧化硼、三氧化二鉍、氧化鋁、三氧化二鉻、二氧化矽份、氧化鎳份、碳酸鈣份、碳酸錳份、稀土氯化物加入行星式球磨機中，添加無水乙醇作為潤滑劑，以550r/min的轉速球磨3.5小時，球磨結束後將混合物放入75℃的烘箱中烘乾得到混合物a；步驟二，將混合物a、氧化鋅加入攪拌機中以900r/min的轉速，攪拌20分鐘得到混合物b；步驟三，將混合物b加入高溫煅燒箱中，以140℃/min，升溫到1160℃，保溫3.5小時，即得所述氧化鋅壓敏電阻材料。以上述三個實施例的材料製得的壓敏電阻的性能測試結果如下：測試項目漏電流（微安）介電常數6500a脈衝實施例15.981350.35通過實施例26.541314.18通過實施例37.311268.75通過對比例8.981203.69不通過本發明的氧化鋅壓敏電阻材料中添加了氧化鋇、三氧化二鉍，能夠促使燒結時形成陷阱和表面態而使氧化鋅壓敏電阻材料具有非線性，增加了壓敏電阻材料的靈敏性；添加了三氧化二鉻、碳酸錳，能夠提高壓敏電阻的勢壘高度，從而能夠增加材料的介電常數；添加了氧化矽、氧化鎳，可以提高氧化鋅壓敏陶瓷對電壓負荷和環境(如溫度和溼度)的影響的穩定性；添加了少量的氧化鋁，可以增加材料的導熱性能，使得利用本材料製得的壓敏電阻具有較好的耐熱性，從而可以增加電阻的功率；添加了少量的稀土氯化物，可以增加材料的耐候性，增強材料的穩定性，延長材料的使用時間。本發明的氧化鋅壓敏電阻材料的製備方法成本較低、原料易得、且製備方法簡單，具有良好的應用前景。對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。當前第1頁12