本发明涉及功能陶瓷技术领域，特别涉及一种低压ZnO压敏电阻陶瓷及其制备方法。
背景技术：
压敏陶瓷是功能陶瓷的一种，它是指一定温度下，某一特定电压范围内，具有非线性伏安特性且其电阻随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。目前压敏陶瓷主要有4大类。其中应用广、性能好的当属氧化锌压敏陶瓷。由于由于ZnO压敏陶瓷呈现较好的压敏特性，压敏电阻α值(非线性指数)高(α>60SiC压敏电阻器10倍以上)，有可调整C值和较高的通流容量，因此得到广泛的应用。在电力系统、电子线路、家用电器等各种装置中都有广泛的应用，尤其在性能浪涌吸收、过压保护、超导性能和无间隙避雷器方面的应用最为突出。
随着电子通信设备小型化的要求，元器件的应用电压大幅度降低，要求低压化。根据ZnO压敏陶瓷的微观结构模型，实现低压化的途径主要有两条：一是减小压敏电阻的厚度；二是增大晶粒平均粒径。通过方法一制备压敏电压为6V的压敏陶瓷，其电阻器的厚度应小于100μm。但用该法制备低电压压敏陶瓷需要的设备价格昂贵，且工艺控制过程较为复杂。对于方法二而言，可通过提高烧成温度或延长保温时间来达到，但提高烧成温度或延长保温时间会导致氧化锌及其添加物的大量挥发，而使元器件失去非线性或者性能劣化。此外，通过在配方中引入晶粒生长促进剂，可促进晶粒生长并明显降低压敏电压，但同时由于晶粒发育不均匀，造成通流量不大。
技术实现要素：
本发明提供了一种低压ZnO压敏电阻陶瓷及其制备方法，该低压ZnO压敏电阻陶瓷能克服上述方法的不足并且能达到增加晶粒平均尺寸的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种低压ZnO压敏电阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 80～90份、Bi2O31～10份、MnO2 0.6～1.2份、BaCO3 0.1～0.8份、Sb2O3 0.7～1.1份、Co2O3 0.8～1.2份、SiO20.9～1.5份、Cr2O3 0.8～1.2份。
其中，优选地，一种低压ZnO压敏电阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 83～97份、Bi2O34～6份、MnO2 0.8～1.0份、BaCO3 0.3～0.6份、Sb2O3 0.8～1.0份、Co2O3 0.9～1.1份、SiO2 1.1～1.3份、Cr2O3 0.9～1.1份。
其中，优选地，一种低压ZnO压敏电阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 90份、Bi2O35份、MnO2 0.9份、BaCO3 0.5份、Sb2O3 0.9份、Co2O3 1.0份、SiO2 1.2份、Cr2O3 1.0份。
本发明并提供了一种低压ZnO压敏电阻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)籽晶的制备：取BaCO3和原料配方中总量的20～50％的ZnO混合，置于加有去离子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒压片后于1400℃下烧结10h，在开水中煮6～8小时，洗涤后，用方孔筛分离出200～500目的籽晶待用；
(2)将Bi2O3、MnO2、BaCO3、Sb2O3、Co2O3、SiO2、Cr2O3、籽晶和剩余的ZnO倒入搅拌球磨机，并加入重量为所述添加剂总重量的75～80％的纯水，球磨至粒径至0.5～1.0μm，然后将所得混合溶液加热至85～100℃，持续保温和搅拌使溶剂蒸发至黏稠糊状物，将糊状物利用喷雾干燥技术喷射在合金衬底材料，在500～600℃煅烧6～10h，脱模后得到压敏电阻陶瓷。
此工艺将含Ba离子的ZnO籽晶预先在1400度左右下第一步烧结10个小时后，Ba离子互溶进入ZnO籽晶中，使得籽晶电阻率显著下降。当籽晶与剩余原料混合在一起进行正常的(第二步)陶瓷烧结时，由于籽晶的粒径在75μm-25μm之间，原料中ZnO的平均颗粒尺寸大约0.6μm，远小于籽晶粒径，根据晶粒生长规律，大曲率半径的晶粒将吸附小曲率半径的晶粒而形成新的晶粒。因此在晶粒生长的过程中，将以籽晶为中心生长。在烧结结束以后，低电阻率的籽晶便被包围在ZnO的晶粒中间，因此Ba离子的扩散效率得到了非常明显的抑制，以将其残压比控制在1.2以下的同时，其泄漏电流小于1μA/cm 2，非线性系数在50以上，使得ZnO压敏电阻达到理想的低残压的效果。
本发明有益效果：
本发明中在ZnO压敏陶瓷中加入籽晶，可使原配方的压敏电压有显著降低，而非线性系数、流通性又较好。本发明制得的压敏电阻综合性较为优良，其压敏电压降至10～12V/mm，残压比为1.190～1.20，其泄漏电流小于1μA/cm 2。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种低压ZnO压敏电阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 90份、Bi2O35份、MnO2 0.9份、BaCO3 0.5份、Sb2O3 0.9份、Co2O3 1.0份、SiO2 1.2份、Cr2O3 1.0份。
上述低压ZnO压敏电阻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)籽晶的制备：取BaCO3和原料配方中总量的20～50％的ZnO混合，置于加有去离子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒压片后于1400℃下烧结10h，在开水中煮6～8小时，洗涤后，用方孔筛分离出200～500目的籽晶待用；
(2)将Bi2O3、MnO2、BaCO3、Sb2O3、Co2O3、SiO2、Cr2O3、籽晶和剩余的ZnO倒入搅拌球磨机，并加入重量为所述添加剂总重量的75～80％的纯水，球磨至粒径至0.5～1.0μm，然后将所得混合溶液加热至85～100℃，持续保温和搅拌使溶剂蒸发至黏稠糊状物，将糊状物利用喷雾干燥技术喷射在合金衬底材料，在500～600℃煅烧6～10h，脱模后得到压敏电阻陶瓷。
本实施例的低压ZnO压敏电阻陶瓷，其压敏电压降至11V/mm，残压比为1.198，其泄漏电流小于1μA/cm 2。
实施例2
本实施例提供一种低压ZnO压敏电阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 800份、Bi2O310份、MnO2 0.6份、BaCO30.8份、Sb2O3 1.1份、Co2O3 0.8份、SiO2 1.5份、Cr2O3 0.8份。
上述低压ZnO压敏电阻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)籽晶的制备：取BaCO3和原料配方中总量的20～50％的ZnO混合，置于加有去离子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒压片后于1400℃下烧结10h，在开水中煮6～8小时，洗涤后，用方孔筛分离出200～500目的籽晶待用；
(2)将Bi2O3、MnO2、BaCO3、Sb2O3、Co2O3、SiO2、Cr2O3、籽晶和剩余的ZnO倒入搅拌球磨机，并加入重量为所述添加剂总重量的75～80％的纯水，球磨至粒径至0.5～1.0μm，然后将所得混合溶液加热至85～100℃，持续保温和搅拌使溶剂蒸发至黏稠糊状物，将糊状物利用喷雾干燥技术喷射在合金衬底材料，在500～600℃煅烧6～10h，脱模后得到压敏电阻陶瓷。
本实施例的低压ZnO压敏电阻陶瓷，其压敏电压降至10V/mm，残压比为1.190，其泄漏电流小于1μA/cm 2。
实施例3
本实施例提供一种低压ZnO压敏电阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 90份、Bi2O31份、MnO2 1.2份、BaCO3 0.1份、Sb2O3 1.1份、Co2O3 0.8份、SiO2 1.5份、Cr2O3 0.8份。
上述低压ZnO压敏电阻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)籽晶的制备：取BaCO3和原料配方中总量的20～50％的ZnO混合，置于加有去离子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒压片后于1400℃下烧结10h，在开水中煮6～8小时，洗涤后，用方孔筛分离出200～500目的籽晶待用；
(2)将Bi2O3、MnO2、BaCO3、Sb2O3、Co2O3、SiO2、Cr2O3、籽晶和剩余的ZnO倒入搅拌球磨机，并加入重量为所述添加剂总重量的75～80％的纯水，球磨至粒径至0.5～1.0μm，然后将所得混合溶液加热至85～100℃，持续保温和搅拌使溶剂蒸发至黏稠糊状物，将糊状物利用喷雾干燥技术喷射在合金衬底材料，在500～600℃煅烧6～10h，脱模后得到压敏电阻陶瓷。
本实施例的低压ZnO压敏电阻陶瓷，其压敏电压降至12V/mm，残压比为1.20，其泄漏电流小于1μA/cm 2。
实施例4
本实施例提供一种低压ZnO压敏电阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 83份、Bi2O36份、MnO2 0.8份、BaCO3 0.6份、Sb2O3 0.8份、Co2O3 1.1份、SiO2 1.1份、Cr2O3 1.1份。
上述低压ZnO压敏电阻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)籽晶的制备：取BaCO3和原料配方中总量的20～50％的ZnO混合，置于加有去离子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒压片后于1400℃下烧结10h，在开水中煮6～8小时，洗涤后，用方孔筛分离出200～500目的籽晶待用；
(2)将Bi2O3、MnO2、BaCO3、Sb2O3、Co2O3、SiO2、Cr2O3、籽晶和剩余的ZnO倒入搅拌球磨机，并加入重量为所述添加剂总重量的75～80％的纯水，球磨至粒径至0.5～1.0μm，然后将所得混合溶液加热至85～100℃，持续保温和搅拌使溶剂蒸发至黏稠糊状物，将糊状物利用喷雾干燥技术喷射在合金衬底材料，在500～600℃煅烧6～10h，脱模后得到压敏电阻陶瓷。
本实施例的低压ZnO压敏电阻陶瓷，其压敏电压降至11V/mm，残压比为1.193，其泄漏电流小于1μA/cm 2。
实施例5
本实施例提供一种低压ZnO压敏电阻陶瓷，是由下述重量份的原料制成：ZnO 97份、Bi2O34份、MnO2 1.0份、BaCO3 0.3份、Sb2O3 1.0份、Co2O3 0.9份、SiO2 1.3份、Cr2O3 0.9份。
上述低压ZnO压敏电阻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)籽晶的制备：取BaCO3和原料配方中总量的20～50％的ZnO混合，置于加有去离子水或酒精的球磨罐中，球磨后烘干，造粒压片后于1400℃下烧结10h，在开水中煮6～8小时，洗涤后，用方孔筛分离出200～500目的籽晶待用；
(2)将Bi2O3、MnO2、BaCO3、Sb2O3、Co2O3、SiO2、Cr2O3、籽晶和剩余的ZnO倒入搅拌球磨机，并加入重量为所述添加剂总重量的75～80％的纯水，球磨至粒径至0.5～1.0μm，然后将所得混合溶液加热至85～100℃，持续保温和搅拌使溶剂蒸发至黏稠糊状物，将糊状物利用喷雾干燥技术喷射在合金衬底材料，在500～600℃煅烧6～10h，脱模后得到压敏电阻陶瓷。
本实施例的低压ZnO压敏电阻陶瓷，其压敏电压降至11V/mm，残压比为1.195，其泄漏电流小于1μA/cm 2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。