專利名稱：一種低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于壓敏電阻材料技術(shù)領域，具體涉及一種低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材
料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子設備功能的增加，輸入/輸出連接器也隨之增多，人體靜電放電(ESD)保護問題變得愈發(fā)不容忽視。疊層片式壓敏電阻器(MLV)是采用壓敏陶瓷材料及疊層制造工藝而開發(fā)生產(chǎn)的新型ESD抑制器，與傳統(tǒng)圓片壓敏電阻器相比具有體積小、通流容量大、響應速度快、電容量選擇范圍大、適合表面安裝和易實現(xiàn)低壓化等特性。鑒于片式壓敏電阻器具有上述優(yōu)點，其被廣泛地應用于手機、筆記本電腦、汽車電子等電子產(chǎn)品中。從MLV的疊層結(jié)構(gòu)來看，影響其電學性能最主要的因素為陶瓷層壓敏電阻材料，目前多采用Zn0-Bi20fTi(^系低電位梯度壓敏電阻材料作為有效層，其電位梯度可以達到相對較低的范圍，一般為40-150V/mm，但是燒結(jié)溫度卻很高，以致在MLV制造中無法實現(xiàn)與純銀內(nèi)電極的低溫共燒而只能使用價格較高的貴金屬Pd或Pt，從而增加MLV的生產(chǎn)成本。隨著MLV進一步向小型化、復合化、低壓化、生產(chǎn)大規(guī)?；较虬l(fā)展，對有效層壓敏電阻材料電位梯度、非線性系數(shù)等提出了更高的要求。另外，為了控制生產(chǎn)成本，降低燒結(jié)溫度以實現(xiàn)陶瓷層材料與純銀內(nèi)電極的低溫共燒及減小因Bi203揮發(fā)導致材料的成份波動對電性能的影響顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料，該壓敏電阻材料可
以在提高非線性系數(shù)和降低漏電流的同時，得到低電位梯度范圍內(nèi)的一系列電位梯度值；
本發(fā)明還提供了該電阻材料的制備方法，可以改進制備工藝和降低燒結(jié)溫度。 本發(fā)明提供的低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料，其特征在于該壓敏電阻材料是
在ZnO-Bi203-Ti02系的壓敏電阻材料中添加鉍硼玻璃，所添加的鉍硼玻璃與ZnO-Bi203-Ti02
系的壓敏電阻材料的質(zhì)量百分比為0. 4 3% 。 作為上述技術(shù)方案的改進，所述壓敏電阻材料的組分及含量可優(yōu)選為ZnO92. 5 95. 9mol % ;Bi2030. 5 3mol % ;Ti020 . 4 2mol % ;Co2030. 1 2mol % ;MnC030. 2 2mol% ;Sb2030. 05 lmol% ;Cr2030. 1 lmol% ;作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述鉍硼玻璃的組分和含量可優(yōu)選為Bi20330 70mol^，余量為B203。 本發(fā)明提供的低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟 (1)將Bi203和B203混合均勻，然后經(jīng)過熔融、淬火、球磨、干燥和過篩工藝獲得鉍硼玻璃； (2)將鉍硼玻璃料添加到ZnO-Bi203_Ti02系的壓敏電阻材料中，然后經(jīng)過球磨、干燥、過篩工藝獲得壓敏電阻粉料；
(3)加壓成型； (4)在850 95(TC的溫度范圍內(nèi)燒結(jié)成瓷。 本發(fā)明在Zn0-Bi203-Ti02系的壓敏電阻材料主料中添加適量的低熔點鉍硼玻璃，其作用機理在于與氧化鋅壓敏電阻材料兼容較好的低熔點鉍硼玻璃在燒結(jié)過程中能夠有效促進氧化鋅晶粒的生長和改善壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)，并且在提高非線性系數(shù)和降低漏電流的同時，通過各組分含量的變化得到低電位梯度范圍內(nèi)的一系列電位梯度值，而且其燒結(jié)溫度也得到大幅度的降低，較好地解決了低電位梯度壓敏電阻材料低溫燒結(jié)和低電位梯度兩個相互制約的問題，為實現(xiàn)MLV陶瓷層壓敏電阻材料與純銀電極的低溫共燒提供了必要條件。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點 1、本發(fā)明的壓敏電阻材料在900。C燒結(jié)時電位梯度EM = 43 120V/mm，非線性系數(shù)a >40，漏電流1^《0. 5iiA。 2、與傳統(tǒng)工藝相比，省去了預燒工序，節(jié)省了生產(chǎn)步驟，減少了生產(chǎn)成本，更重要的是確保了原材料配比的準確性，保證了產(chǎn)品的可重復性。 3、該材料在不引入有毒元素鉛的前提下，大幅降低了低電位梯度壓敏電阻材料的燒結(jié)溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)MLV陶瓷層壓敏電阻材料與純銀電極的低溫共燒。
具體實施例方式本發(fā)明主要是在ZnO-Bi203-Ti02-Co203-MnC03-Sb203-Cr203主料中添加適量的低熔點鉍硼玻璃，使與氧化鋅壓敏電阻材料兼容較好的低熔點鉍硼玻璃在燒結(jié)過程中能夠有效促進氧化鋅晶粒的生長和改善壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)，即使采用微米級原料，也能夠?qū)崿F(xiàn)低溫燒結(jié)。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明。
實施例l 主成分材料采用摩爾比為92.5mol % ZnO，3mo1 %的Bi203，0.4mol % Ti02，1. 5mol %的Co203， 2mol %的MnC03， 0. 05mol %的Sb203和0. 55mol %的Cr203為起始原料，混合均勻后用去離子水和鋯球在行星球磨機中球磨3小時，然后在9(TC下干燥12小時得到壓敏電阻粉料。將30mol %的Bi203， 70mol %的B203作為副組分的起始原料，混合均勻后于70(TC熔融1小時，然后經(jīng)過淬火、行星球磨3小時、9(TC干燥12小時等工藝獲得鉍硼玻璃。然后，將鉍硼玻璃添加到壓敏電阻粉料中，鉍硼玻璃與壓敏電阻粉料的質(zhì)量百分比為0. 4wt% ，混合物用去離子水和鋯球在行星球磨機中球磨3小時，干燥后在3MPa的壓力下加壓成型，生坯幾何尺寸為①17mmX2mm。為了獲得優(yōu)良的電學性能，在85(TC燒結(jié)3個小時。
為了測量燒結(jié)樣品的電性能，將陶瓷圓片在1200目SiC砂紙上打磨，然后將其用超聲波在酒精中清洗。最后在清洗過的樣品的上下表面上，均勻地涂上電極銀漿后，放入電阻爐，在55(TC下燒銀，保溫IO分鐘。最終，在燒成的電極銀漿面上，焊接電極引線，獲得低電位梯度氧化鋅壓敏電阻。在室溫下，用MY-4C型壓敏電阻測試儀測量和計算出各樣品的電位梯度E^，非線性系數(shù)a ，漏電流I,，測量結(jié)果如表1所示
實施例2 主成分材料采用摩爾比為93. 7mo1 %的ZnO， lmol %的Bi203， lmol %的Ti02，2mol %的Co203， 1. 2mol %的MnC03， lmol %的Sb203和0. lmol %的Cr203為起始原料；將
450mol^的81203，5011101%的B203作為副組分的起始原料；采用與實施例1相同工藝步驟和工藝參數(shù)制得壓敏電阻粉體和鉍硼玻璃。然后，將鉍硼玻璃添加到壓敏電阻粉料中，鉍硼玻璃與壓敏電阻粉料的質(zhì)量百分比為1. 5wt^，采用與實施例1相同工藝步驟和工藝參數(shù)制得低電位梯度氧化鋅壓敏電阻，與實施例1不同之處在于燒結(jié)溫度為90(TC，測試結(jié)果如表1所示。 實施例3 主成分材料采用摩爾比為95. 9mo1 %的ZnO，O. 5mo1 %的Bi203，2mol %的Ti02，0. lmol %的Co203， 0. 2mol %的MnC03， 0. 3mol %的Sb203和lmol %的Cr203為起始原料；將70mol^的81203，3011101%的B203作為副組分的起始原料；采用與實施例1相同工藝步驟和工藝參數(shù)制得壓敏電阻粉體和鉍硼玻璃。然后，將鉍硼玻璃添加到壓敏電阻粉料中，鉍硼玻璃與壓敏電阻粉料的質(zhì)量百分比為3wt^，采用與實施例1相同工藝步驟和工藝參數(shù)制得低電位梯度氧化鋅壓敏電阻，與實施例1不同之處在于燒結(jié)溫度為95(TC，測試結(jié)果如表1所示。 表1氧化鋅壓敏電阻的電性能
實 例燒結(jié)溫度 (°C )燒結(jié)密度，P (g/cm3)電位梯度，E^ (V/mm)非線性系數(shù)，a漏電流，L 闊
18505. 52120. 642. 50. 3
29005. 5880. 447. 60. 1
39505. 5843. 143. 80. 5 以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施例所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
一種低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料，其特征在于該壓敏電阻材料是在ZnO-Bi2O3-TiO2系的壓敏電阻材料中添加鉍硼玻璃，所添加的鉍硼玻璃與ZnO-Bi2O3-TiO2系的壓敏電阻材料的質(zhì)量百分比為0.4～3％。
2. 權(quán)利要求1所述的低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料，其特征在于，所述壓敏電阻材料的組分及含量為ZnO 92. 5 95. 9mol% ;Bi203 0. 5 3mol% ;Ti02 0. 4 2mol% ;Co203 0. 1 2mol% ;MnC03 0. 2 2mol% ;Sb203 0. 05 lmol% ;Cr203 0. 1 lmol%。
3. 權(quán)利要求1或2所述的低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料，其特征在所述鉍硼玻璃的組分和含量為:Bi203 30 70mol^，余量為B203。
4. 一種權(quán)利要求3所述的低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1) 將Bi203和B203混合均勻，然后經(jīng)過熔融、淬火、球磨、干燥和過篩工藝獲得鉍硼玻璃；(2) 將鉍硼玻璃料添加到ZnO-Bi203-Ti02系的壓敏電阻材料中，然后經(jīng)過球磨、干燥、過篩工藝獲得壓敏電阻粉料；(3) 加壓成型;(4) 在850 95(TC的溫度范圍內(nèi)燒結(jié)成瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料及其制備方法。本發(fā)明是在ZnO-Bi2O3-TiO2系的壓敏電阻材料中添加0.4～3wt％的鉍硼玻璃。壓敏電阻材料優(yōu)選為ZnO 92.5～95.9mol％；Bi2O30.5～3mol％；TiO20.4～2mol％；Co2O3 0.1～2mol％；MnCO3 0.2～2mol％；Sb2O30.05～1mol％；Cr2O30.1～1mol％；鉍硼玻璃優(yōu)選為Bi2O3 30～70mol％，余量為B2O3。本發(fā)明可以在提高非線性系數(shù)和降低漏電流的同時，得到低電位梯度范圍內(nèi)的一系列電位梯度值。其制備方法可以使其燒結(jié)溫度也得到大幅度的降低，較好地解決了低電位梯度壓敏電阻材料低溫燒結(jié)和低電位梯度兩個相互制約的問題，為實現(xiàn)MLV陶瓷層壓敏電阻材料與純銀電極的低溫共燒提供了必要條件。
文檔編號C04B35/622GK101759431SQ200910273178
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者萬帥, 劉 文, 呂文中, 范桂芬 申請人:華中科技大學;深圳大學