一种高致密度和高电性能的ZnO压敏陶瓷的烧结方法

本发明涉及一种zno压敏陶瓷的烧结方法，特别是一种高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法。

背景技术：

1、压敏陶瓷是一种电阻值随着电场强度的变化，而产生明显非线性变化的半导体陶瓷材料，这种陶瓷具有非线性伏安特性。

2、而根据压敏陶瓷的应用范围不同，其又分为高压压敏陶瓷和低压压敏陶瓷。低压压敏陶瓷又分为zno系压敏陶瓷陶瓷、batio3系压敏陶瓷陶瓷、tio2系低压压敏陶瓷陶瓷、wo3系低压压敏陶瓷等。其中zno系低压压敏陶瓷因为优越的性能而得到广泛的研究及应用。其中，发展研究较为成熟的zno压敏陶瓷材料主要有zn-bi系、zn-v系、zn-pr系和玻璃系等等，而这些不同的zno压敏陶瓷中，zn-bi系zno压敏陶瓷是目前来说应用最普遍以及研究最多的压敏陶瓷材料。

3、zn-bi系zno压敏陶瓷的原料大致包含氧化锌、氧化铋、氧化锑、氧化钴、氧化镍、氧化锰、硝酸银和硼酸等，其制备方法主要包括混料-球磨-制浆-造粒-过筛-成型-烧结-表面金属化等步骤，而其中烧结作为zno压敏陶瓷制备过程中对于产品品质影响最大，且最难控制的环节，一直是从业者和相关研究人员最为关注的地方。

4、本申请研究人员经研究发现，现目前zn-bi系zno压敏陶瓷的烧结工艺主要是在1150-1200℃以及空气氛下进行烧结5-8h，其存在的主要缺陷是：

5、1、高温下长时间的烧结，容易使得氧化铋和氧化锑等低熔点物质大量挥发，从而在陶瓷内部形成更多气孔等缺陷，导致致密性差。

6、2、空气氛下烧结不利于陶瓷晶粒内部氧空位的形成，造成晶粒电阻较高，从而无法进一步提高zno压敏陶瓷的电性能。

7、为此，本申请研究人员从解决该技术问题的角度出发，针对zno压敏陶瓷的烧结工艺进行了系统的研究和改进，设计了一种新的烧结工艺，能够克服前述的缺陷，并且还取得了更多的技术效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法。本发明工艺制备的zno压敏陶瓷具有致密度高，电性能好的特点；此外，还具有能耗低，节约成本的特点。

2、本发明的技术方案：一种高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，先将zno压敏陶瓷坯体在氮气氛下进行高温烧结，然后降低烧结温度后再进行低温烧结，从而获得高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷。

3、前述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，所述方法的具体步骤如下：

4、(1)取zno压敏陶瓷坯体置于烧结炉；

5、(2)向烧结炉内充入氮气，并将温度提升至1130-1180℃，在该温度下保温1.5-2.5h；

6、(3)步骤(2)保温结束后，将炉温降低至830-870℃，继续保温5-7h，然后冷却即可。

7、前述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，所述步骤(2)的烧结温度为1120℃，保温时间2h。

8、前述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，所述步骤(3)的烧结温度为850℃，保温时间6h。

9、前述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，所述zno压敏陶瓷坯体在进行高温烧结之前，在880-920℃进行保温处理2-4h。

10、前述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，所述zno压敏陶瓷坯体在进行高温烧结之前，在900℃进行保温处理3h。

11、前述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，所述步骤(3)保温时，烧结炉内为空气或者纯氧气氛。

12、前述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，所述步骤(3)中的冷却为随炉自然冷却。

13、本发明的有益效果

14、1、本发明通过在氮气氛下进行高温烧结，从而在陶瓷内部形成一定量的氧空位，氧空位的形成利于烧结过程中的传质，从而使得在较短烧结时间内完成陶瓷的致密化，从而使得zno压敏陶瓷的致密度更高，该效果在表象上的直观反映，就是能够降低烧结温度以及烧结时间，将原来的烧结温度和时间从1150-1200℃烧结6-8h降低至在1130-1180℃烧结1.5-2.5h，其不仅节约了能耗，降低了成本，更重要的是，烧结温度和时间降低了之后，氧化铋和氧化锑等物质的挥发程度更小，气孔等缺陷更不容易形成，使得最终的zno压敏陶瓷的致密度更好。

15、2、本发明通过在氮气氛下进行高温烧结，从而在陶瓷内部形成一定量的氧空位，氧空位的形成提高了晶粒中施主浓度，降低了晶粒电阻；本发明再进行低温再氧化处理，在保证zno压敏陶瓷晶粒内部不被氧化，使其具有较高的氧空位浓度，实现晶粒的低电阻性能的同时，将晶界充分氧化，提高晶界的受主态密度，从而提高zno压敏陶瓷的势垒高度、非线性系数以及降低zno压敏陶瓷的限制电压；本发明尤其通过降低温度之后再进行再氧化处理，其作用是在较低的温度下，再氧化过程仅仅发生在晶界层，仅仅对晶界层进行充分的氧化处理。

16、3、zno压敏陶瓷中高于液相温度下快速降温，由于粘滞性流动，其内应力能够消除，但是在低于液相温度下的降温过程，容易在陶瓷体内形成内应力，导致陶瓷平整度变差、电性能下降等，但本发明通过在850℃左右进行长时间的纯氧或空气再氧化处理，在完成晶界的再氧化的同时，还能够消除陶瓷的内应力。

17、4、本发明通过在高温烧结之前，先在880-920℃对陶瓷坯体进行预保温处理2-4h，使得其中的低熔点组分熔融收缩，从而进一步提高了致密度。

技术特征：

1.一种高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，其特征在于：先将zno压敏陶瓷坯体在氮气氛下进行高温烧结，然后降低烧结温度后再进行低温烧结，从而获得高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷。

2.根据权利要求1所述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，其特征在于：所述步骤(2)的烧结温度为1120℃，保温时间2h。

4.根据权利要求2所述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，其特征在于：所述步骤(3)的烧结温度为850℃，保温时间6h。

5.根据权利要求1或2所述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，其特征在于：所述zno压敏陶瓷坯体在进行高温烧结之前，在880-920℃进行保温处理2-4h。

6.根据权利要求5所述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，其特征在于：所述zno压敏陶瓷坯体在进行高温烧结之前，在900℃进行保温处理3h。

7.根据权利要求2所述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，其特征在于：所述步骤(3)保温时，烧结炉内为空气或者纯氧气氛。

8.根据权利要求2所述的高致密度和高电性能的zno压敏陶瓷的烧结方法，其特征在于：所述步骤(3)中的冷却为随炉自然冷却。

技术总结
本发明公开了一种高致密度和高电性能的ZnO压敏陶瓷的烧结方法，先将ZnO压敏陶瓷坯体在氮气氛下进行高温烧结，然后降低烧结温度后进行低温烧结，从而获得高致密度和高电性能的ZnO压敏陶瓷。本发明工艺制备的ZnO压敏陶瓷具有致密度高，电性能好的特点；此外，还具有能耗低，节约成本的特点。

技术研发人员：庞驰,施斌,石雁,徐娜,费安堃,费俊杰,倪浡
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13