专利名称：一种可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化锌突波吸收器，特别是一种适用于工作温度在125°C以上的氧化锌突波吸收器。
背景技术：
氧化锌突波吸收器是一种电阻值随电压非线性改变的阻抗体，其主要成份是氧化锌(ZnO)粉末，混合金属氧化物添加剂，例如Bi203、Sb203、Ca0、Cr203、Co203、Mn0等，经过高温烧结成陶瓷烧结体制成。为了提高材料的烧结性能，可再均勻地添加少量Si02。这种氧化锌突波吸收器具有优异的非欧姆特性及优良的突波吸收能力，其电流一电压特性曲线为优异的非线性，在低电压时，电阻值很高，在高压时，电阻值急速下降，因此又称变阻器(varistor)。氧化锌突波吸收器通常用来保护电子电路，防止电子电路受到过大的瞬时电压破坏或干扰。在正常工作环境下，氧化锌突波吸收器处于预备状态，相对于受保护的电子组件而言，具有数兆欧姆的阻抗，能阻止电流通过，故电流走原设计电路线路时，不会影响到原设计电路的特性。但当瞬间突波电压出现，超过氧化锌突波吸收器的崩溃电压时，所述突波吸收器的阻抗会变低(仅有几个欧姆)，以近于短路的状态使大量突波电流通过，并且氧化锌突波吸收器将电流分流到接地组件，以避免电子产品或昂贵电路组件受到突波而损坏。氧化锌突波吸收器应用于一般信息产品上作为电压稳定与突波吸收装置时， 氧化锌突波吸收器的工作温度范围上限大都在85°C左右。随着电子产品和通讯产品的快速发展，氧化锌突波吸收器的使用温度不断地提高。例如，突波吸收器应用于汽车的 ABS(Antilock Brake System，防抱死系统)、安全气囊或动力方向盘的电子电路上面时，工作温度就需要达到125°C，甚至达到150°C以上。但是，在目前现有技术中，尚未见到使用温度超过150°C的氧化锌突波吸收器。此外，现有技术的氧化锌突波吸收器的陶瓷烧结体中，在氧化锌晶粒与晶粒之间的晶界层成分，通常是负温度系数(NTC)热敏电阻材料，电阻值随着温度升高而降低，当使用温度升高时，原添加于晶界层成分中的载流子迁移速度增大，在工作电压作用下，会造成氧化锌突波吸收器产生电阻降低、非欧姆指数值减小、漏电流增大及崩溃电压降低等劣化现象，最后导致氧化锌突波吸收器热烧毁。因此，需要一种适用于工作温度在125°C以上的氧化锌突波吸收器。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种最高工 作温度高于125°C甚至高于 150°C时仍然可以正常使用的一种在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器。为了解决上述问题，本发明的技术方案如下本发明提供一种可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，包括一陶瓷烧结体， 所述陶瓷烧结体包含氧化锌晶粒及位于所述氧化锌晶粒与晶粒间的晶界层，所述晶界层的成分中包含占所述晶界层总量的10 85mol%的正温度系数热敏电阻材料。作为优选，所述陶瓷烧结体含有97mol/%的氧化锌晶粒， 所述氧化锌晶粒与烧结成所述晶界层的烧结料或玻璃粉的重量配比为100 2 100 30。作为优选，所述正温度系数热敏电阻材料为钛酸钡或钛酸钡掺杂钛酸锶。作为进一步的优选，所述正温度系数热敏电阻材料为多晶态或玻璃态的正温度系数热敏电阻材料。作为进一步的优选，所述钛酸钡中还掺杂有选自Li1+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Sn4+、 Mn4+、Si4+、Zr5\ Nb5+、Al3+、Sb3+、Bi3+、Ce3+ 或 La3+ 离子的其中一种或者几种。作为优选，所述氧化锌突波吸收器的最高工作温度在125°C以上。作为优选，所述氧化锌突波吸收器的最高工作温度在150°C以上。作为优选，所述氧化锌突波吸收器的最高工作温度达160 180°C。本发明的有益效果在于本发明在氧化锌突波吸收器的氧化锌晶粒与晶粒之间的晶界层成分中增加了正温度系数热敏电阻材料，当使用温度升高时，该热敏电阻材料的电阻急遽增高，以补偿或部分补偿原氧化锌晶粒与晶粒之间的晶界层成分因温度升高而降低的部分电阻，由此，可使氧化锌突波吸收器的晶界层的电阻对温度的敏感度降低，从而将氧化锌突波吸收器的使用温度提高至125°C以上甚至150°C以上。
图1为本发明实施例一与比较例在不同温度范围下的电阻变化说明图。
具体实施例方式本发明的氧化锌突波吸收器，是以公知的陶瓷制程高温烧结制得，可为圆板型，晶片型及环型，兼具变阻及突波吸收特性，且适于在高温状态下使用。本发明的氧化锌突波吸收器具有一陶瓷烧结体，其适于在高温使用的关键技术， 在于其结构包括主要成分氧化锌晶粒及位于氧化锌晶粒与晶粒间的晶界层，所述晶界层的成分中，包含占该晶界层总量的10 85mol%的正温度系数(PTC)热敏电阻材料成分，。其中，所述陶瓷烧结体的氧化锌晶粒，是由氧化锌粉末或氧化锌掺杂Bi203、Sb2O3, CaO, Cr203> Co2O3或MnO等金属氧化物添加剂经过烧结而形成。本发明的氧化锌突波吸收器，以含97mol/%氧化锌晶粒的陶瓷烧结体为最佳实施例，而且，该陶瓷烧结体的氧化锌晶粒与烧结成晶界层的烧结料或玻璃粉的重量配比为100 2 100 30。所述晶界层成分中的正温度系为数(PTC)热敏电阻材料成分，选自多晶态或玻璃态的钛酸钡或者钛酸钡掺杂钛酸锶的其中一种。所述钛酸钡(BaTiO3)是钡和钛的混合氧化物，可通过碳酸钡和二氧化钛为原料制得。同样地，所述钛酸锶(SrTiO3)可以采用碳酸锶和二氧化钛制得。而且，为使正温度系数 (PTC)热敏电阻材料成分烧结后能够提升半导体化以及能够设定直至温度高于某一特定温度点即居里点或居里温度时的电阻值会大幅增加，可再掺加半导体化及调整居里点或称居里温度 Curie temperature)所需的稀土离子，选自 Li1+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Sn4+、Mn4+、Si4+、 Zr5+、Nb5+、Al3+、Sb3+、Bi3+、Ce3+ 或 La3+ 离子的其中一种或几种。
本发明的氧化锌突波吸收器，在氧化锌晶粒与晶粒间的晶界层成分中，因为含钛酸钡的正温度系数(PTC)热敏电阻材料，当使用温度升高时，该晶界层成分中的钛酸钡成分的电阻急遽增高，将补偿或部份补偿该晶界层成分中的负温度系数(NTC)热敏电阻材料因温度升高而降低的部份电阻，这种温度-电阻的相互补偿作用，可使得氧化锌突波吸收器在高温下没有漏电流升高及崩溃电压降低等劣化现象。因此，在工作温度在125°C以上甚至150°C以上的环境下，例如160°C 180°C的工作环境下，仍然可以正常使用，不发生局部热击穿或烧毁。以下以实施例说明本发明的氧化锌突波吸收器可以在高温下正常使用，但本发明的专利权范围不受限于实施例。实施例一1.用化学共沉淀法，制备氧化锌突波吸收器的氧化锌晶粒与晶粒间的晶界层成分。所述晶界层的原料成分及摩尔比如下
权利要求
1.一种可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，包括一陶瓷烧结体，所述陶瓷烧结体包含氧化锌晶粒及位于所述氧化锌晶粒与晶粒间的晶界层，其特征在于，所述晶界层的成分中包含占所述晶界层总量的10 85mol%的正温度系数热敏电阻材料。
2.根据权利要求1所述的可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，其特征在于，所述陶瓷烧结体含有97mol/%的氧化锌晶粒，所述氧化锌晶粒与烧结成所述晶界层的烧结料或玻璃粉的重量配比为100 2 100 30。
3.根据权利要求1或2所述的可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，其特征在于， 所述正温度系数热敏电阻材料为钛酸钡或钛酸钡掺杂钛酸锶。
4.根据权利要求3所述的可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻材料为多晶态或玻璃态的正温度系数热敏电阻材料。
5.根据权利要求3所述的可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，其特征在于，所述钛酸钡中还掺杂有选自 Li1+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Sn4+、Mn4+、Si4+、&5+、Nb5+、Al3+、Sb3+、Bi3+、 Ce3+或La3+离子的其中一种或者几种。
6.根据权利要求1或2所述的可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，其特征在于， 所述氧化锌突波吸收器的最高工作温度在125°C以上。
7.根据权利要求1或2所述的可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，其特征在于， 所述氧化锌突波吸收器的最高工作温度在150°C以上。
8.根据权利要求1或2所述的可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，其特征在于， 所述氧化锌突波吸收器的最高工作温度达160 180°C。
全文摘要
本发明提供了一种可在高温状态下使用的氧化锌突波吸收器，所述氧化锌突波吸收器在氧化锌晶粒与晶粒之间的晶界层成分中，添加了占晶界层总量10～85mol％的正温度系数钛酸钡热敏电阻材料；当使用温度升高时，晶界层成分中的正温度系数热敏电阻材料的电阻值将随着温度升高而急遽增高，以补偿或部分补偿氧化锌晶粒与晶粒之间的晶界层成分因温度升高而降低的部分电阻，使得氧化锌突波吸收器的晶界层电阻值不受温度影响，所述的氧化锌突波吸收器适用于工作温度高于150℃的环境。
文档编号H01C7/12GK102157256SQ20111000638
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者徐至贤, 方廷毅, 朱颉安, 连清宏, 黄兴祥 申请人:立昌先进科技股份有限公司