专利名称：防雷用多元掺杂改性氧化锌压敏材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防雷用氧化锌(ZnO)压敏材料。
背景技术：
氧化锌(ZnO)压敏陶瓷是以氧化锌为主体材料，添加一些金属氧化物，利用陶瓷的工艺烧制成的多晶体，具有浪涌吸收和过电压保护功能，可以制成压敏阀片组装成电源防雷器，对感应雷电进行泄流，以保护用电设备免受击毁。不同的和不同量的氧化物的添加，对ZnO压敏材料的性能有着十分敏感的影响。目前，用于电源防雷的ZnO压敏材料多为七、八元系，主要的几项电压敏参数(非线性系数α值，漏电流，通流后压敏电压变化率，残压比)的优化还不理想，况且材料的烧结温度较高，而高的烧结温度一则容易使瓷片发生形变，影响瓷片电极的涂覆质量，从而影响到产品率二则造成低熔点组分(Bi，Sb，Mg，Ti)过量挥发，导致器件电压敏参数下降。2000年8月份的《电子元件与材料》杂志发表的《大通流高电压高α值ZnO压敏电阻器》提供的压敏材料的组分(质量分数)为Bi2O3(2.00～3.00)％、Co2O3(1.00～2.00)％、SiO2(0.5～1.0)％、MnO2(0.4～0.8)％、Sb2O3(2.0～3.0)％、ZrO2(0.001～0.01)％。2004年8月份《电子元件与材料》杂志发表的《(Ni，Mg，Al)掺杂对ZnO压敏材料电学性的影响》提供的压敏材料组分(摩尔分数为)90.4％ZnO、5.18％Bi2O3、1.84％Sb2O3、0.97％Co2O3、0.84％Ni2O3、0.64％Cr2O3、0.13％MnO2、(0～0.08)％MgO、(0～0.008)％Nb2O5、(0～0.004)％Al(NO3)3·9H2O。这两种组分材料的电压敏参数均不够理想，而且烧结温度偏高。
发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种电压敏参数更优化的防雷用多元掺杂改性氧化锌压敏材料。
本发明采用的解决方案是防雷用多元掺杂改性氧化锌压敏材料包括以下组分ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩尔比为0.8800～0.9100、0.0400～0.0510、0.0100～0.0136、0.0045～0.0085、0.0060～0.0130、0.0050～0.0100、0.0030～0.0080、0.0040～0.0090、0.0040～0.0060、0.0010～0.0040、0.0020～0.0050、0.0010～0.0030。
Co2O3、Ni2O3、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、Ga2O3元素的适量添加，可提高材料的晶界势垒高度，从而提高非线性系数α值，提高材料的致密性和晶粒的均匀性，使通流后压敏电压变化率得到很大改善，残压比明显降低。
Sb2O3、TiO2、MgO元素的适量添加，可使晶界层的生长趋于完善，使晶界层被高电压击穿导通后的自我恢复能力得到提高，从而可减小漏电流，通流后压敏电压变化率变小。这些低熔点材料的添加，可明显地降低材料的烧结温度，提高材料的成品率。
本发明的几项主要电压敏参数(样品以压敏电压为620V，34×34mm方片为例)非线性系数α值为100～120；漏电流0.75V1mA下小于0.8μA，通流后压敏电压变化率(8/20μS波40kA双方向各2次)V1mA变化率为±(2.0～5.0)％；残压比V20kA/V1mA为2.05～2.20，V40kA/V1mA为2.55～2.70。
本发明采取多元掺杂改性的方法使添加剂达到11种，解决了主要的电压敏参数的优化问题，同时这种材料还具有1050℃较低的烧结温度，保温时间为150分钟，显著节约能源。而且产品的成品率高达95％以上。
具体实施方式
实施例1组分为ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩尔比为0.8870、0.0410、0.0100、0.0072、0.0126、0.0092、0.0080、0.0090、0.0060、0.0040、0.0040、0.0020。主要电压敏参数(样品以34×34mm方片为例)非线性系数α值为112；漏电流0.75V1mA下小于0.8μA；通流后压敏电压变化率(8/20μS波40kA双方向各2次)V1mA变化率为±4.0％；残压比V20kA/V1mA为2.05、V40kA/V1mA为2.55。
实施例2组分为ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩尔比为0.9020、0.0460、0.0100、0.0060、0.0060、0.0070、0.0050、0.0060、0.0050、0.0040、0.0020、0.0010。主要电压敏参数(样品以压敏电压620V，34×34mm方片为例)非线性系数α值为110；漏电流0.75V1mA下小于0.8μA；通流后压敏电压变化率(8/20μS波40kA双方向各2次)V1mA变化率为4±4.2％；残压比V20kA/V1mA为2.1、V40kA/V1mA为2.56。
实施例3组分为ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩尔比为0.9100、0.040、0.0100、0.005、0.008、0.007、0.0050、0.0060、0.0040、0.0010、0.0030、0.0010。主要电压敏参数(样品以34×34mm方片为例)非线性系数α值为108；漏电流0.75V1mA下小于1.2μA；通流后压敏电压变化率(8/20μS波40kA双方向各2次)V1mA变化率为±4.10)％；残压比V20kA/V1mA为2.17，V40kA/V1mA为2.65。
实施例4组分为ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩尔比为0.88、0.050、0.0122、0.0085、0.01、0.0086、0.0072、0.0085、0.00450、0.0030、0.0045、0.0030。主要电压敏参数(样品以34×34mm方片为例)非线性系数α值为118；漏电流0.75V1mA下小于1μA；通流后压敏电压变化率(8/20μS波40kA双方向各2次)V1mA变化率为±3.4％；残压比V20kA/V1mA为2.05，V40kA/V1mA为2.6。
权利要求
1.一种电压敏参数更优化的防雷用多元掺杂改性ZnO压敏材料，其特征在于包括以下组分ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩尔比为0.8800～0.9100、0.0400～0.0510、0.0100～0.0136、0.0045～0.0085、0.0060～0.0130、0.0050～0.0100、0.0030～0.008、0.0040～0.0090、0.0040～0.0060、0.0010～0.0040、0.0020～0.0050、0.0010～0.0030。
全文摘要
本发明提供了一种的防雷用多元掺杂改性氧化锌压敏材料，组分包括ZnO、Bi
文档编号H01C7/112GK1610019SQ20041003640
公开日2005年4月27日 申请日期2004年11月22日 优先权日2004年11月22日
发明者陈洪存, 王矜奉, 张海鹍, 苏文斌, 臧国忠 申请人:山东大学