一种ZnO压敏电阻低压化添加剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种ZnO压敏电阻低压化添加剂及其制备方法。该添加剂的化学元素组成为Bi、Cr和O，相结构组分为Bi2O3、Bi7.38Cr0.62O12+x和Bi14CrO24。它是由Bi2O3和Cr2O3的混合粉体煅烧制备而成。初始原料中Bi2O3和Cr2O3摩尔比为18:1，煅烧温度为750oC，保温时间2-4h。使用过程中根据ZnO压敏电阻基体的配方不同，该添加剂的掺杂量在3-5wt%之间调整。本发明的优点是：（1）制备工艺简单。（2）烧结过程中，该添加剂能促进晶粒长大，降低ZnO压敏电阻的压敏电压，同时可以在一定程度上增大压敏电阻的非线性系数。
【专利说明】-种ZnO压敏电阻低压化添加剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及压敏材料，具体是一种可以降低ZnO压敏电阻压敏电压的添加剂及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] ZnO压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加少量的Bi203，Co20 3，Mn02，Cr203等氧化物， 采用传统的陶瓷制备工艺烧结而成。由于其具有非线性系数高、响应速度快、漏电流小和制 造成本低等特点，已成为应用最广的压敏电阻材料之一。其中低压压敏电阻器可广泛应用 于汽车工业、通讯设备、铁路信号、微型电机及各种电子器件的保护，随着电子产品的小型 化、集成化的发展，对低压压敏电阻的需求量越来越大(张丛春，周东祥等，低压ZnO压敏电 阻材料研究及其发展概况[J]，功能材料，2001，32 (4)，343-347)。
[0003] 目前，ZnO压敏电阻低压化途径主要有：（1)利用高压配方，减小压敏陶瓷片的厚 度。主要通过压膜成型来实现陶瓷的薄膜化以制备成等效厚度很小的叠层片式压敏电阻， 但是该方法对制备工艺及其设备要求较高，造价昂贵。（2)增大ZnO的平均晶粒尺寸，通过 籽晶法或加入晶粒助长剂等方法实现。籽晶法过程中，籽晶的制备及筛选耗时长，工艺复 杂，材料均匀性较差。相比而言，添加促进晶粒生长的添加剂是目前低压化最简单最有效的 方法。然而，一般情况下，促进晶粒长大的氧化物添加剂会在不同程度上降低压敏电阻的非 线性系数。因此，制备一种不会降低非线性系数，甚至增大非线性系数的促进晶粒生长剂， 对于ZnO压敏电阻低压化发展是非常有意义的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种可以降低ZnO压敏电阻压敏电压的添加剂。该添加剂制 备工艺简单，化学性质稳定。向ZnO压敏陶瓷初始粉料中添加一定量的该材料可以促进ZnO 晶粒长大，降低压敏电压，并且能在一定程度上增大压敏陶瓷的非线性系数。
[0005] 本发明提供的ZnO压敏电阻低压化添加剂，化学元素组成为Bi、Cr和0,相结构组 分为 Bi203、Bi7.38Cr0. 62012+x (0 < X < 0.93)和 Bi14Cr024。
[0006] 所述的ZnO压敏电阻低压化添加剂的制备方法，其步骤如下： (1) 按摩尔比为Bi203 :Cr203=18:1进行称量配置原料； (2) 以无水乙醇或去离子水为溶剂，将称好的Bi203和Cr203原料混合，球磨0. 5-2 h ; (3) 球磨后的原料烘干后，将粉料放入坩埚中，或压成片状在750°C下煅烧2-4 h ; (4) 将煅烧后的粉料粉碎，球磨，干燥后，过50-100目筛，得到ZnO压敏电阻低压化添加 剂。
[0007] 前面所述的制备方法，优选的方案是：步骤（1)按摩尔比Bi203 :Cr203=18:l称量配 置原料。
[0008] 前面所述的制备方法，优选的方案是：步骤（2)球磨0. 6-1. 5 h (优选的，球磨1. 2 h)。
[0009] 前面所述的制备方法，优选的方案是：步骤（3)煅烧2. 5-3. 5 h (优选的，3. Oh); 所述的ZnO压敏电阻低压化添加剂的应用，其特征是：用量为3-5 wt%(优选的，用量为 5 wt%)〇
[0010] 本发明提供的ZnO压敏电阻低压化添加剂，是由Bi、Cr、0三种元素组成的化合物， 由Bi 203相和两种焦绿石相组成，其焦绿石相的化学成分分别为Bi7.38Cr Q.62012+x和Bi14CrOM。 根据ZnO压敏电阻基体配方的不同，向初始粉料中加入3-5 wt%的该添加剂，再按照传统方 法制备压敏陶瓷，即可降低ZnO压敏电阻的压敏电压。
[0011] 本发明公开了一种ZnO压敏电阻低压化添加剂及其制备方法。该添加剂的化学元 素组成为 Bi、Cr 和 0,相结构组分为 Bi203、Bi7.38CrQ. 62 012+x 和 Bi14Cr024。它是由 Bi203 和 Cr203 的混合粉体煅烧制备而成。初始原料中Bi203和Cr203摩尔比为18:1，煅烧温度为750°C，保 温时间2-4 h。使用过程中根据ZnO压敏电阻基体的配方不同，该添加剂的掺杂量在3-5 wt%之间调整。本发明的优点是：（1)制备工艺简单。（2)烧结过程中，该添加剂能促进晶粒 长大，降低ZnO压敏电阻的压敏电压，同时可以在一定程度上增大压敏电阻的非线性系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为ZnO压敏电阻低压化添加剂的XRD分析图谱。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合实施例和附图对本发明方案进行进一步描述，但保护范围不被此限制。
[0014] 实施例1 :一种ZnO压敏电阻低压化添加剂及其制备方法。
[0015] l)Bi203和Cr203按摩尔比18:1进行称量配料，使用无水乙醇作为溶剂，球磨30 min. 2)粉料烘干后，研磨放入坩埚中，750°C煅烧4h。
[0016] 3)煅烧后得到的粉体，经粉碎，球磨烘干后，再磨细过50目筛，得到添加剂。
[0017] 4)向Zn0-Bi203-Mn0；^：^系压敏电阻陶瓷的初始粉料中分别加入0 wt%、3wt%、5 wt% 的该添加剂。按照传统的压敏陶瓷制备方法，经球磨，烘干，成型，烧结，上电极后，测试压敏 陶瓷样品的电学性能参数见表一。
[0018] 表一：实施例1样品的电学性能
【权利要求】
1. 一种ZnO压敏电阻低压化添加剂，其特征是：该添加剂的化学元素组成为Bi、Cr和 〇,相结构组分为 Bi203、Bi7.38CrQ. 62012+x 和 Bi14Cr024。
2. 根据权利要求1所述的ZnO压敏电阻低压化添加剂的制备方法，其特征是：步骤如 下： (1) 按摩尔比Bi203 :Cr203=18:1称量配置原料； (2) 以无水乙醇或去离子水为溶剂，将称好的Bi203和Cr203原料混合，球磨0. 5-2 h ; (3) 球磨后的原料烘干后，将粉料放入坩埚中，或压成片状在750°C下煅烧2-4 h ; (4) 将煅烧后的粉料粉碎，球磨，干燥后，过50-100目筛，得到ZnO压敏电阻低压化添加 剂。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（1)按摩尔比Bi203 :Cr203=18:1称 量配置原料。
4. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（2)球磨0.6-1. 5 h (优选的，球 磨 1. 2 h)。
5. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（3)煅烧2. 5-3.5 h (优选的， 3. Oh)。
6. 根据权利要求1所述的ZnO压敏电阻低压化添加剂的应用，其特征是：用量为 3-5wt%〇
7. 根据权利要求1所述的ZnO压敏电阻低压化添加剂的应用，其特征是：用量为3-5 wt% (优选的，用量为5 wt%)。
【文档编号】C04B35/48GK104150900SQ201410361166
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】徐志军, 马帅, 初瑞清, 李伟, 郝继功, 巩云云 申请人:聊城大学