一種高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料及制備方法，該材料各組分是由SnO2?、Co2O3、Nb2O5、Pr6O11和Y2O3制成，采用高能球磨技術(shù)，通過在SnO2中添加稀土氧化物Co2O3、Nb2O5、Pr6O11、Y2O3，優(yōu)化材料配比，在高溫下燒結(jié)，提高了二氧化錫壓敏電阻材料的電位梯度，降低了漏電流密度，明顯改善了其電學(xué)性能。本發(fā)明所述方法獲得的二氧化錫壓敏電阻產(chǎn)品具有電學(xué)性能好，致密度高，材料密度為4.40~6.54g/cm3；壓敏電位梯度為1010.24~1476.81V/mm；漏電流為0.82～2.6μA/cm2，綜合電學(xué)性能優(yōu)異的特點(diǎn)。本發(fā)明工藝簡化，省去了傳統(tǒng)的預(yù)燒及造粒工序，對設(shè)備要求低，傳統(tǒng)設(shè)備即可滿足要求，可用于各類大型設(shè)備的電源保護(hù)，家庭樓宇的防雷等場所。
【專利說明】一種高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓敏電阻材料是用于制作壓敏電阻器的材料。壓敏電阻器是一種具有非線性伏安 特性的限壓型保護(hù)器件電阻器件，主要用于在電路承受過壓時進(jìn)行電壓嵌位，吸收多余的 電流以保護(hù)敏感器件。利用壓敏電阻材料的非線性伏安特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻器 的兩極間，壓敏電阻器可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對后級電路的 保護(hù)。在一定的溫度和特定的電壓范圍內(nèi)，壓敏電阻器的電流隨電壓的上升而急劇的升高， 其電阻值隨電壓的升高而急劇下降，具有非線性伏安特性。壓敏電阻器通過對脈沖電壓、浪 涌電壓、感應(yīng)雷電壓、操作過電壓的吸收，從而有效地保護(hù)電子器件、電子線路、電子設(shè)備、 用電設(shè)備免受異常電壓的沖擊。
[0003] 壓敏電阻器的工作原理是：當(dāng)電壓正常時，壓敏電阻器處于絕緣狀態(tài)，當(dāng)電壓升高 超過壓敏電壓時，壓敏電阻器會立即由絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，響應(yīng)時間極快，通過它的電 流瞬間增加。在有異常電壓侵襲被保護(hù)器件、設(shè)備時，壓敏電阻器可在極短的時間內(nèi)把大量 的電流吸收掉，從而達(dá)到保護(hù)電子元器件的目的。
[0004] 氧化鋅為傳統(tǒng)的壓敏電阻材料，氧化鋅壓敏電阻器具有非線性系數(shù)大、漏電流小、 通流能力強(qiáng)、響應(yīng)時間快等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于用電領(lǐng)域?，F(xiàn)在通用的氧化鋅壓敏電阻材料 的壓敏電壓梯度一般在120?200V/mm，難以滿足高電位梯度壓敏電阻器的應(yīng)用要求。因 此，研制性能優(yōu)異的高電位梯度氧化鋅材料，或者研制新型的非氧化鋅壓敏電阻材料具有 重要的意義。高電位梯度壓敏電阻材料可使壓敏器件小型化，從而能夠大大的節(jié)約材料資 源。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明目的在于，提供一種高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料及制備方法，該材 料各組分是由主相Sn0 2、致密增強(qiáng)劑C〇203、非線性增強(qiáng)劑Nb205、電位梯度增強(qiáng)劑Pr 60n和電 位梯度增強(qiáng)劑Y2〇3制成，采用高能球磨技術(shù)，通過在Sn0 2中添加稀土氧化物：C〇203、Nb205、 Pr60n、Y203，優(yōu)化材料配比，提高了二氧化錫壓敏電阻材料的電位梯度，明顯改善了其電學(xué) 性能。本發(fā)明的制備方法具有工藝簡化，省去了傳統(tǒng)的預(yù)燒及造粒工序；對設(shè)備要求低，傳 統(tǒng)設(shè)備即可滿足要求；高能球磨使晶粒細(xì)化、低溫活性增大；添加適量Υ 2〇3能阻止Sn02晶粒 的長大和提高成品的非線性指數(shù)；產(chǎn)品性能好，密度為4. 40?6. 54g/cm3 ;壓敏電位梯度為 1010. 24?1476. 81V/mm ;漏電流為0. 82?2. 6 μ A/cm2。本發(fā)明具有壓敏電壓梯度高，漏 電流小，綜合電學(xué)性能優(yōu)異的特點(diǎn)，可用于各類大型設(shè)備的電源保護(hù)、家庭樓宇的防雷等場 所。
[0006] 本發(fā)明所述的一種高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料，該材料各組分是由摩 爾百分比主相Sn0 2 98. l-98.8mol%、致密增強(qiáng)劑C〇203 0.9mol%、非線性增強(qiáng)劑Nb205 0· lmol%、電位梯度增強(qiáng)劑PrWn 0· 14-0.44mol%和電位梯度增強(qiáng)劑Y203 0.06-0.46mol% 制成。
[0007] 所述致密增強(qiáng)劑氧化鈷是以鈷的氧化物C〇203形式引入。
[0008] 所述的非線性增強(qiáng)劑氧化鈮是以鈮的氧化物Nb205形式引入。
[0009] 所述的電位梯度增強(qiáng)劑氧化鐠是以鐠的氧化物PrAn形式引入。
[0010] 所述的電位梯度增強(qiáng)劑氧化釔是以釔的氧化物γ203形式引入。
[0011] 所述的高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料的制備方法，按下列步驟進(jìn)行：
[0012] a、將原料按摩爾百分比 Sn02 98. 1-98. 8mol%、C〇203 0· 9mol%、Nb205 0· lmol%、 Pr60n 0· 14-0. 44mol %和 Y203 0· 06-0. 46mol % 混合，加入 300mL 無水乙醇，球磨 6-15 小 時；
[0013] b、將步驟a得到的球磨后的漿料烘干，過篩，得到粉料，將粉體按常規(guī)方法壓制成 陶瓷坯體，再將陶瓷坯體在溫度800-1500°C下燒結(jié)3-12小時，即得高電位梯度二氧化錫壓 敏電阻材料。
[0014] 本發(fā)明所述的一種高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料，是一種新型高電位梯度 壓敏電阻材料，它是以二氧化錫為主相，添加若干其它稀土氧化物改性后的燒結(jié)塊體材料。 二氧化錫壓敏電阻材料具有摻雜量少、摻雜損失小以及熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，在電子、電力系統(tǒng) 中應(yīng)用前景很好。
[0015] 用本發(fā)明提供的高電位梯度壓敏電阻材料研制的壓敏電阻器，其電位梯度Ε1ηιΑ (電 流密度為ImA/cm2時對應(yīng)的電位梯度值）為1010. 24-1476. 81V/mm，漏電流密度（75% ElmA 所對應(yīng)的電流密度值）為〇. 82-2. 6 μ A/cm2,綜合電學(xué)性能優(yōu)良。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明稀土改性高梯度的二氧化錫壓敏電阻材料組分簡單，摻 雜稀土元素易精確可控，通過添加稀土氧化物，優(yōu)化材料配比，提高了二氧化錫壓敏電阻材 料的電位梯度，明顯改善了其電學(xué)性能，優(yōu)化了其綜合電學(xué)性能，適合應(yīng)用于家用電器以 及高壓避雷器等應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制得二氧化錫壓敏電阻材料的掃描電鏡（SEM)照片；
[0018] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制得二氧化錫壓敏電阻材料的X射線衍射（XRD)圖譜；
【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 將原料按摩爾百分比 Sn02 98. lmol%、C〇203 0· 9mol%、Nb205 0· lmol%、Pr60n 0. 44Π 1011%和Y203 0. 46Π 1011%混合，加入300mL無水乙醇，球磨6小時；
[0021] 將得到的球磨后的漿料烘干，過篩，得到粉料，將粉體按常規(guī)方法壓制成直徑8mm 的陶瓷坯體，再將陶瓷坯體在溫度800°C下燒結(jié)3小時，即得高電位梯度的二氧化錫壓敏電 阻材料；
[0022] 再將得到的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料進(jìn)行被銀，制作電極，在銀電極 上焊制引線，然后包封固化。
[0023] 實(shí)施例2
[0024] 將原料按摩爾百分比 Sn02 98. 8mol %、C〇203 0· 9mol %、Nb205 0· lmol %、Pr60n 0· 14mol %和Y203 0· 06mol %混合，加入300mL無水乙醇，球磨11小時；
[0025] 將得到的球磨后的漿料烘干，過篩，得到粉料，將粉體按常規(guī)方法壓制成直徑8mm 的陶瓷坯體，再將陶瓷坯體在溫度l〇〇〇°C下燒結(jié)5小時，即得高電位梯度的二氧化錫壓敏 電阻材料；
[0026] 再將得到的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料進(jìn)行被銀，制作電極，在銀電極 上焊制引線，然后包封固化。
[0027] 實(shí)施例3
[0028] 將原料按摩爾百分比 Sn02 98 . 5mol%、C〇203 0· 9mol%、Nb205 0· lmol%、Pr60n 0. 44Π 1011%和Y203 0. Οθηιο?1%混合，加入300mL無水乙醇，球磨15小時；
[0029] 將得到的球磨后的漿料烘干，過篩，得到粉料，將粉體按常規(guī)方法壓制成直徑8mm 的陶瓷坯體，再將陶瓷坯體在溫度ll〇〇°C下燒結(jié)8小時，即得高電位梯度的二氧化錫壓敏 電阻材料；
[0030] 再將得到的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料進(jìn)行被銀，制作電極，在銀電極 上焊制引線，然后包封固化。
[0031] 實(shí)施例4
[0032] 將原料按摩爾百分比 Sn02 98 . 5mol%、C〇203 0· 9mol%、Nb205 0· lmol%、Pr60n 0. 4mol %和Y203 0. lmol %混合，加入300mL無水乙醇，球磨6小時；
[0033] 將得到的球磨后的漿料烘干，過篩，得到粉料，將粉體按常規(guī)方法壓制成直徑8mm 的陶瓷坯體，再將陶瓷坯體在溫度1300°C下燒結(jié)6小時，即得高電位梯度的二氧化錫壓敏 電阻材料；
[0034] 再將得到的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料進(jìn)行被銀，制作電極，在銀電極 上焊制引線，然后包封固化。
[0035] 實(shí)施例5
[0036] 將原料按摩爾百分比 Sn02 98 . 5mol%、C〇203 0· 9mol%、Nb205 0· lmol%、Pr60n 0· lmol %和Y203 0· 4mol %混合，加入300mL無水乙醇，球磨9小時；
[0037] 將得到的球磨后的漿料烘干，過篩，得到粉料，將粉體按常規(guī)方法壓制成直徑8mm 的陶瓷坯體，再將陶瓷坯體在溫度1500°C下燒結(jié)12小時，即得高電位梯度的二氧化錫壓敏 電阻材料；
[0038] 再將得到的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料進(jìn)行被銀，制作電極，在銀電極 上焊制引線，然后包封固化。
[0039] 實(shí)施例6
[0040] 將實(shí)施例1-6制備的壓敏電阻器的采用壓敏電阻測試儀測試其壓敏電位梯度及 漏電流密度值，列于表1 ;
[0041] 表1 :表示各實(shí)施例中二氧化錫壓敏電阻材料的電位梯度值E及漏電流密度叉值
[0042] - I^ I"""""""I ΙΥΛ"^ m E I Jr (mo I. %) (iho 1,%) ： {mol.%) (mol.%) (mo I, %) V/mra μ Λ/cnf ^(19%^I^aii^ ^OJ O.l "~~72l45|^3iB^ 實(shí)施例 2 91^.5? 0.9% I 0.1? 0.42% 0.08% -?476Ji i.35 3 98.5? 0^9% I OJt 044% 0.06% 132524 0^82 4 98.5? <L9% I 0.1? OM 0.1% 1103.3 1^432 ?jfciifj 5 I 98^5? 0.9% ? (λΙ'Ι | 0.1% 0.4% 1003^5 | 2^3
[0043] 由表1可得：稀土氧化物Co203、Nb205、Pr 60n、Y203的加入使得二氧化錫壓敏陶瓷材 料的電位梯度得到明顯的增加，而漏電流密度得到減小，最終制得了電學(xué)性能優(yōu)異的壓敏 電阻。
【權(quán)利要求】
1. 一種高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料，其特征在于該材料各組分是由摩爾百分比 主相Sn0 298. 1-98. 8mol%、致密增強(qiáng)劑C〇203 0· 9mol%、非線性增強(qiáng)劑Nb205 0· lmol%、電位梯 度增強(qiáng)劑Pr60n 0. 14-0. 44mol%和電位梯度增強(qiáng)劑Y203 0. 06-0. 46mol%制成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料，其特征在于所述致 密增強(qiáng)劑氧化鈷是以鈷的氧化物C〇20 3形式引入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料，其特征在于所述的非 線性增強(qiáng)劑氧化鈮是以鈮的氧化物Nb20 5形式引入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料，其特征在于所述的電 位梯度增強(qiáng)劑氧化鐠是以鐠的氧化物Pr60 n形式引入。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電位梯度的二氧化錫壓敏電阻材料，其特征在于所述的電 位梯度增強(qiáng)劑氧化釔是以釔的氧化物Y2〇 3形式引入。
6. -種如權(quán)利要求1中所述的高電位梯度二氧化錫壓敏電阻材料的制備方法，其特征 在于，按下列步驟進(jìn)行： a、 將原料按摩爾百分比 Sn02 98. 1-98. 8mol%、C〇203 0· 9mol%、Nb205 0· lmol%、Pr60n 0. 14-0. 44mol% 和 Y203 0. 06-0. 46mol% 混合，加入 300mL 無水乙醇，球磨 6-15 小時； b、 將步驟a得到的球磨后的漿料烘干，過篩，得到粉料，將粉體按常規(guī)方法壓制成陶瓷 坯體，再將陶瓷坯體在溫度800-1500°C下燒結(jié)3-12小時，即得高電位梯度的二氧化錫壓 敏電阻材料。
【文檔編號】C04B35/63GK104193319SQ201410445860
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】徐金寶, 張家齊, 邊亮, 王磊 申請人:中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所