一种压敏陶瓷材料的制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压敏陶瓷材料的制备方法及应用，属于电器元件及其材料制造技术领域。
【背景技术】
[0002]T12压敏电阻是八十年代国外率先研宄发展起来的。1102压敏电阻具有压敏电压低和耐浪涌能力强等优点，并且工艺简单，不需在高温下还原烧成，省去热处理，可以在大气中一次烧成，使成本大大降低，是一种很有发展前途的功能电阻元件。
[0003]国内外做的比较成熟的压敏陶瓷电阻主要是ZnO和SrT13这两类，他们的制作工艺比较复杂，尤其是在SrT13的气氛控制、ZnO复杂的烧结曲线等方面。不仅工艺复杂，成本比较高，而且其使用范围有限。
[0004]目前，对T12压敏电阻生产方法的研宄主要有稀土掺杂、受主掺杂和施主掺杂等方面。如有不少人提出用Sr做受主掺杂来改变其压敏电压和非线性系数，或通过La做施主掺杂等等。但是这些方法制作的样品普遍都存在压敏电压较高，非线性系数较低的缺点，而且这些样品在性能要求上没有使较低的压敏电压和较高的非线性系数两者统一。因此，需要有新的、性能好的1102压敏陶瓷电阻，以使其特有的优越的电性能更好地为工业所利用。
[0005]专利申请号为“2005100107565”、名称为“纳米改性制造T12压敏陶瓷材料的方法及应用”的方法制造的T12压敏陶瓷电阻，将T12加上从一组掺杂元素Nb、S1、La、Mn、Y、Sr、Zn、纳米T12中任选的氧化物粉组成的混合原料，经磨细、干燥、造粒、烧结后制备得到T12压敏陶瓷材料，该压敏陶瓷材料进行表面加工后，电极烧银、封装得到T12压敏陶瓷电阻。但是该专利依然存在压敏电压较高、非线性系数较低的缺点。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题及不足，提供一种压敏陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤:
(1)将Ge粉、Nb2O5粉和Y203粉加入到T1 2粉末中混合均匀得到混合物料，在混合物料中Ge粉的质量百分比为0.90%~2.68%，Nb2O5的质量百分比为0.66%~1.6%，Y 203的质量百分比为 0.56%~1.39% ；
(2)将步骤(I)制备得到的混合粉末球磨(加入水和酒精球磨混合6~12h)、干燥(球磨后的常规干燥，干燥至物料为粉状即可)、过300~350目标准筛后造粒，然后用100~150Mpa的压力将粉料压制成块状材料；
(3)将步骤(2)得到的块状材料逐渐加热到400~600°C后进行排胶15~30min，再在1100~1350°C加热烧结并保温1.5~3h，最后将烧结好的烧结体冷却到室温得到Ge、Nb2O5,Y2O3共掺杂T12压敏陶瓷。
[0007]本发明所述Ge粉、Nb2O5粉和Y 203粉的粒径为20~45 μ m。
[0008]步骤(2)所述造粒过程为:按干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液的质量比为10:1~5:1的比例在粉料中加入聚乙烯醇水溶液研磨15~30min，过40~45目标准筛后用50~80Mpa压力预压成块，然后打碎，再次过40~45目标准筛，其中，聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为8~10%。
[0009]该压敏陶瓷材料的压敏电压和漏电流随着烧结温度的升高而降低，非线性系数和介电常数随着烧结温度的升高而增大，介电损耗随烧结温度的升高呈降低的总趋势。压敏电压VlmA可达12.8V/mm，非线性系数α可达13.6，漏电流I l可达9.6 μ A0
[0010]本发明的另一目的在于使用共掺杂制造T12压敏陶瓷的制备方法制备得到的到Ge、Nb205、Y203共掺杂T12S敏陶瓷制备压敏电阻，将压敏陶瓷进行表面加工，然后被电极，在600°C下烧银，经测试后封装，得到(Ge、Nb205、Y203)共掺杂T12压敏电阻。所述该电阻压敏电压V1dia为12.8?23.5V/mm，非线性系数α为8.5?13.6，漏电流IL为9.6?13.5 μ A ;该电阻压敏电压和漏电流随着烧结温度的升高而降低，非线性系数随烧结温度的升高而增大。
[0011]本发明的有益效果是:
(1)本发明采用(Ge、Nb205、Y203)共掺杂T12制备压敏陶瓷和压敏电阻，简化压敏陶瓷电阻的制作工艺，提高1102系压敏陶瓷电阻的性能；
(2)本发明制备压敏陶瓷和压敏电阻，施主离子Nb5+与Ti4+离子半径相当，Nb5+容易替代Ti4+使晶粒半导化，降低压敏电压E lmA;
(3)Ge是优良半导体，烧结过程中其可能产物GeO2也是优良半导体，晶粒中掺杂Ge和GeOjP有助于晶粒进一步半导化，从而进一步降低陶瓷的压敏电压E lmA;
(4)Ge熔点较低(937.4°C)，烧结过程中出现液相，为离子和空位移动提供便利条件，半径较大的受主离子Y3+充分偏析在晶界，增加晶界受主态密度，从而提高晶界势皇高度ΦΒ和非线性系数α ；
(5)Ge熔点较低，掺杂Ge可同时起助烧剂作用，降低烧结温度。
【具体实施方式】
[0012]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0013]实施例1
本实施例所述(Ge、Nb2O5, Y2O3)共掺杂1102压敏陶瓷的制备方法，具体步骤如下:
(1)将Ge粉(粒径为45μ m)、Nb2O5 (粒径为45 μ m)粉和Y2O3 (粒径为45 μ m)粉加入到T12 (粒径为45 μπι)粉末中混合均匀得到混合物料，在混合物料中Ge粉的质量百分比为0.90%，Nb2O5的质量百分比为0.66%，Y2O3的质量百分比为0.56%，其余为T12;
(2)将步骤(I)制备得到的混合粉末球磨(加入水和酒精球磨混合6h)、干燥、过300目标准筛后造粒(造粒过程:按干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液的质量比为10:1的比例在粉料中加入聚乙烯醇水溶液研磨15min，过45目标准筛后用50Mpa压力预压成块，然后打碎，再次过45目标准筛，其中，聚乙烯醇水溶液的质量浓度为8%)，然后用10Mpa的压力将粉料压制成小圆片(Φ = 1 3mm, d = 1.5mm)；
(3)将步骤(2)得到的小圆片逐渐加热(在电阻炉中)到400°C后进行排胶15min，再在1100°C加热烧结并保温1.5h，最后将烧结好的烧结体冷却到室温得到Ge、Nb205、Y203共掺杂T12压敏陶瓷。
[0014]使用本实施例制备得到的到Ge、Nb2O5J2O3共掺杂T12压敏陶瓷制备压敏电阻，将压敏陶瓷进行表面加工，然后被电极，在600°C下烧银，经测试后封装，得到(Ge、Nb205、Y2O3)共掺杂T12压敏电阻。
[0015]本实施例制备得到的(Ge、Nb205、Y203)共掺杂1102压敏电阻，所述该电阻压敏电压VlmA为23.5V/mm，非线性系数α为8.5，漏电流I L为13.5 μ A0
[0016]实施例2
本实施例所述(Ge、Nb2O5, Y2O3)共掺杂1102压敏陶瓷的制备方法，具体步骤如下:
(1)将Ge粉(粒径为30μ m)、Nb2O5 (粒径为30 μ m)粉和Y2O3 (粒径为30 μ m)粉加入到T12 (粒径为30 μπι)粉末中混合均匀得到混合物料，在混合物料中Ge粉的质量百分比为1.8%，Nb2O5的质量百分比为1.0%，Y2O3的质量百分比为0.56%，其余为T12;
(2)将步骤(I)制备得到的混合粉末球磨(加入水和酒精球磨混合8h)、干燥、过320目标准筛后造粒(造粒过程:按干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液的质量比为8:1的比例在粉料中加入聚乙烯醇水溶液研磨20min，过42目标准筛后用60Mpa压力预压成块，然后打碎，再次过42目标准筛，其中，聚乙烯醇水溶液的质量浓度为9%)，然后用125Mpa的压力将粉料压制成小圆片(Φ = 1 3mm, d = 1.5mm)；
(3)将步骤(2)得到的小圆片逐渐加热(在电阻炉中)到500°C后进行排胶20min，再在1200°C加热烧结并保温2h，最后将烧结好的烧结体冷却到室温得到Ge、Nb2O5, Y2O3共掺杂T12压敏陶瓷。
[0017]使用本实施例制备得到的到Ge、Nb2O5J2O3共掺杂T12压敏陶瓷制备压敏电阻，将压敏陶瓷进行表面加工，然后被电极，在600°C下烧银，经测试后封装，得到(Ge、Nb205、Y2O3)共掺杂T12压敏电阻。
[0018]本实施例制备得到的(Ge、Nb205、Y203)共掺杂1102压敏电阻，所述该电阻压敏电压VlmA为20.3V/mm，非线性系数α为9.2，漏电流I l为12.2 μ A。
[0019]实施例3
本实施例所述(Ge、Nb2O5, Y2O3)共掺杂1102压敏陶瓷的制备方法，具体步骤如下:
(1)将Ge粉(粒径为20μ m)、Nb2O5 (粒径为20 μ m)粉和Y2O3 (粒径为20 μ m)粉加入到T12 (粒径为20 μπι)粉末中混合均匀得到混合物料，在混合物料中Ge粉的质量百分比为2.68，Nb2O5的质量百分比为1.6%，Y2O3的质量百分比为1.39%，其余为T12;
(2)将步骤(I)制备