一种高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料及制备方法，该材料各组分是由SnO2?、Co2O3、Nb2O5、Pr6O11和Y2O3制成，采用高能球磨技术，通过在SnO2中添加稀土氧化物Co2O3、Nb2O5、Pr6O11、Y2O3，优化材料配比，在高温下烧结，提高了二氧化锡压敏电阻材料的电位梯度，降低了漏电流密度，明显改善了其电学性能。本发明所述方法获得的二氧化锡压敏电阻产品具有电学性能好，致密度高，材料密度为4.40~6.54g/cm3；压敏电位梯度为1010.24~1476.81V/mm；漏电流为0.82～2.6μA/cm2，综合电学性能优异的特点。本发明工艺简化，省去了传统的预烧及造粒工序，对设备要求低，传统设备即可满足要求，可用于各类大型设备的电源保护，家庭楼宇的防雷等场所。
【专利说明】一种高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料及制备方法。
【背景技术】
[0002] 压敏电阻材料是用于制作压敏电阻器的材料。压敏电阻器是一种具有非线性伏安 特性的限压型保护器件电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压嵌位，吸收多余的 电流以保护敏感器件。利用压敏电阻材料的非线性伏安特性，当过电压出现在压敏电阻器 的两极间，压敏电阻器可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的 保护。在一定的温度和特定的电压范围内，压敏电阻器的电流随电压的上升而急剧的升高， 其电阻值随电压的升高而急剧下降，具有非线性伏安特性。压敏电阻器通过对脉冲电压、浪 涌电压、感应雷电压、操作过电压的吸收，从而有效地保护电子器件、电子线路、电子设备、 用电设备免受异常电压的冲击。
[0003] 压敏电阻器的工作原理是：当电压正常时，压敏电阻器处于绝缘状态，当电压升高 超过压敏电压时，压敏电阻器会立即由绝缘状态变为导通状态，响应时间极快，通过它的电 流瞬间增加。在有异常电压侵袭被保护器件、设备时，压敏电阻器可在极短的时间内把大量 的电流吸收掉，从而达到保护电子元器件的目的。
[0004] 氧化锌为传统的压敏电阻材料，氧化锌压敏电阻器具有非线性系数大、漏电流小、 通流能力强、响应时间快等特点，被广泛应用于用电领域。现在通用的氧化锌压敏电阻材料 的压敏电压梯度一般在120?200V/mm，难以满足高电位梯度压敏电阻器的应用要求。因 此，研制性能优异的高电位梯度氧化锌材料，或者研制新型的非氧化锌压敏电阻材料具有 重要的意义。高电位梯度压敏电阻材料可使压敏器件小型化，从而能够大大的节约材料资 源。
【发明内容】
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[0005] 本发明目的在于，提供一种高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料及制备方法，该材 料各组分是由主相Sn0 2、致密增强剂C〇203、非线性增强剂Nb205、电位梯度增强剂Pr 60n和电 位梯度增强剂Y2〇3制成，采用高能球磨技术，通过在Sn0 2中添加稀土氧化物：C〇203、Nb205、 Pr60n、Y203，优化材料配比，提高了二氧化锡压敏电阻材料的电位梯度，明显改善了其电学 性能。本发明的制备方法具有工艺简化，省去了传统的预烧及造粒工序；对设备要求低，传 统设备即可满足要求；高能球磨使晶粒细化、低温活性增大；添加适量Υ 2〇3能阻止Sn02晶粒 的长大和提高成品的非线性指数；产品性能好，密度为4. 40?6. 54g/cm3 ;压敏电位梯度为 1010. 24?1476. 81V/mm ;漏电流为0. 82?2. 6 μ A/cm2。本发明具有压敏电压梯度高，漏 电流小，综合电学性能优异的特点，可用于各类大型设备的电源保护、家庭楼宇的防雷等场 所。
[0006] 本发明所述的一种高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料，该材料各组分是由摩 尔百分比主相Sn0 2 98. l-98.8mol%、致密增强剂C〇203 0.9mol%、非线性增强剂Nb205 0· lmol%、电位梯度增强剂PrWn 0· 14-0.44mol%和电位梯度增强剂Y203 0.06-0.46mol% 制成。
[0007] 所述致密增强剂氧化钴是以钴的氧化物C〇203形式引入。
[0008] 所述的非线性增强剂氧化铌是以铌的氧化物Nb205形式引入。
[0009] 所述的电位梯度增强剂氧化镨是以镨的氧化物PrAn形式引入。
[0010] 所述的电位梯度增强剂氧化钇是以钇的氧化物γ203形式引入。
[0011] 所述的高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料的制备方法，按下列步骤进行：
[0012] a、将原料按摩尔百分比 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 无水乙醇，球磨 6-15 小 时；
[0013] b、将步骤a得到的球磨后的浆料烘干，过筛，得到粉料，将粉体按常规方法压制成 陶瓷坯体，再将陶瓷坯体在温度800-1500°C下烧结3-12小时，即得高电位梯度二氧化锡压 敏电阻材料。
[0014] 本发明所述的一种高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料，是一种新型高电位梯度 压敏电阻材料，它是以二氧化锡为主相，添加若干其它稀土氧化物改性后的烧结块体材料。 二氧化锡压敏电阻材料具有掺杂量少、掺杂损失小以及热导率高等优点，在电子、电力系统 中应用前景很好。
[0015] 用本发明提供的高电位梯度压敏电阻材料研制的压敏电阻器，其电位梯度Ε1ηιΑ (电 流密度为ImA/cm2时对应的电位梯度值）为1010. 24-1476. 81V/mm，漏电流密度（75% ElmA 所对应的电流密度值）为〇. 82-2. 6 μ A/cm2,综合电学性能优良。
[0016] 与现有技术相比，本发明稀土改性高梯度的二氧化锡压敏电阻材料组分简单，掺 杂稀土元素易精确可控，通过添加稀土氧化物，优化材料配比，提高了二氧化锡压敏电阻材 料的电位梯度，明显改善了其电学性能，优化了其综合电学性能，适合应用于家用电器以 及高压避雷器等应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明实施例1所制得二氧化锡压敏电阻材料的扫描电镜（SEM)照片；
[0018] 图2为本发明实施例1所制得二氧化锡压敏电阻材料的X射线衍射（XRD)图谱；
【具体实施方式】
[0019] 实施例1
[0020] 将原料按摩尔百分比 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无水乙醇，球磨6小时；
[0021] 将得到的球磨后的浆料烘干，过筛，得到粉料，将粉体按常规方法压制成直径8mm 的陶瓷坯体，再将陶瓷坯体在温度800°C下烧结3小时，即得高电位梯度的二氧化锡压敏电 阻材料；
[0022] 再将得到的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料进行被银，制作电极，在银电极 上焊制引线，然后包封固化。
[0023] 实施例2
[0024] 将原料按摩尔百分比 Sn02 98. 8mol %、C〇203 0· 9mol %、Nb205 0· lmol %、Pr60n 0· 14mol %和Y203 0· 06mol %混合，加入300mL无水乙醇，球磨11小时；
[0025] 将得到的球磨后的浆料烘干，过筛，得到粉料，将粉体按常规方法压制成直径8mm 的陶瓷坯体，再将陶瓷坯体在温度l〇〇〇°C下烧结5小时，即得高电位梯度的二氧化锡压敏 电阻材料；
[0026] 再将得到的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料进行被银，制作电极，在银电极 上焊制引线，然后包封固化。
[0027] 实施例3
[0028] 将原料按摩尔百分比 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无水乙醇，球磨15小时；
[0029] 将得到的球磨后的浆料烘干，过筛，得到粉料，将粉体按常规方法压制成直径8mm 的陶瓷坯体，再将陶瓷坯体在温度ll〇〇°C下烧结8小时，即得高电位梯度的二氧化锡压敏 电阻材料；
[0030] 再将得到的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料进行被银，制作电极，在银电极 上焊制引线，然后包封固化。
[0031] 实施例4
[0032] 将原料按摩尔百分比 Sn02 98 . 5mol%、C〇203 0· 9mol%、Nb205 0· lmol%、Pr60n 0. 4mol %和Y203 0. lmol %混合，加入300mL无水乙醇，球磨6小时；
[0033] 将得到的球磨后的浆料烘干，过筛，得到粉料，将粉体按常规方法压制成直径8mm 的陶瓷坯体，再将陶瓷坯体在温度1300°C下烧结6小时，即得高电位梯度的二氧化锡压敏 电阻材料；
[0034] 再将得到的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料进行被银，制作电极，在银电极 上焊制引线，然后包封固化。
[0035] 实施例5
[0036] 将原料按摩尔百分比 Sn02 98 . 5mol%、C〇203 0· 9mol%、Nb205 0· lmol%、Pr60n 0· lmol %和Y203 0· 4mol %混合，加入300mL无水乙醇，球磨9小时；
[0037] 将得到的球磨后的浆料烘干，过筛，得到粉料，将粉体按常规方法压制成直径8mm 的陶瓷坯体，再将陶瓷坯体在温度1500°C下烧结12小时，即得高电位梯度的二氧化锡压敏 电阻材料；
[0038] 再将得到的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料进行被银，制作电极，在银电极 上焊制引线，然后包封固化。
[0039] 实施例6
[0040] 将实施例1-6制备的压敏电阻器的采用压敏电阻测试仪测试其压敏电位梯度及 漏电流密度值，列于表1 ;
[0041] 表1 :表示各实施例中二氧化锡压敏电阻材料的电位梯度值E及漏电流密度叉值
[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^ 实施例 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的加入使得二氧化锡压敏陶瓷材 料的电位梯度得到明显的增加，而漏电流密度得到减小，最终制得了电学性能优异的压敏 电阻。
【权利要求】
1. 一种高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料，其特征在于该材料各组分是由摩尔百分比 主相Sn0 298. 1-98. 8mol%、致密增强剂C〇203 0· 9mol%、非线性增强剂Nb205 0· lmol%、电位梯 度增强剂Pr60n 0. 14-0. 44mol%和电位梯度增强剂Y203 0. 06-0. 46mol%制成。
2. 根据权利要求1所述的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料，其特征在于所述致 密增强剂氧化钴是以钴的氧化物C〇20 3形式引入。
3. 根据权利要求1所述的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料，其特征在于所述的非 线性增强剂氧化铌是以铌的氧化物Nb20 5形式引入。
4. 根据权利要求1所述的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料，其特征在于所述的电 位梯度增强剂氧化镨是以镨的氧化物Pr60 n形式引入。
5. 根据权利要求1所述的高电位梯度的二氧化锡压敏电阻材料，其特征在于所述的电 位梯度增强剂氧化钇是以钇的氧化物Y2〇 3形式引入。
6. -种如权利要求1中所述的高电位梯度二氧化锡压敏电阻材料的制备方法，其特征 在于，按下列步骤进行： a、 将原料按摩尔百分比 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 无水乙醇，球磨 6-15 小时； b、 将步骤a得到的球磨后的浆料烘干，过筛，得到粉料，将粉体按常规方法压制成陶瓷 坯体，再将陶瓷坯体在温度800-1500°C下烧结3-12小时，即得高电位梯度的二氧化锡压 敏电阻材料。
【文档编号】C04B35/63GK104193319SQ201410445860
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】徐金宝, 张家齐, 边亮, 王磊 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所