压敏-电容双功能陶瓷材料及其制备方法
【专利说明】一种B i P3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及无机非金属领域的一种陶瓷材料，具体的说是一种Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]压敏陶瓷是一种具有瞬态抑制功能的元件，它的电阻值对外加电压敏感，其阻值在一定温度下和某一特定电压范围内随电压的升高而急剧下降，具有非线性伏安特性。近年来，随着电力、交通、通讯、集成电路的迅猛发展，原有的压敏材料的性能已经不能满足当前的需要，这使得压敏陶瓷向高压化、多功能化以及低压化发展。此外电子设备向小型化、多功能化发展，使得电路中各种电子元件的驱动电压及耐压值逐渐下降，将导致由操作过电压、人体静电放电、电磁脉冲干扰等造成的整个电路出现误操作或损坏的几率大大增加。为了保护这些电子电路，需要用低压压敏电阻器来吸收电路内部或外部的浪涌电压或电流，而在无异常过电压时，它又可起电容器的作用，滤除高频干扰。
[0003]在压敏-电容双功能陶瓷中，目前主要研宄的有SrTi03、Ti02等几种材料体系。其中SrT13系制备工艺较为复杂，成本较高，给大规模生产带来一定的困难。T12系需进行施主掺杂后才具有压敏性质，而可供施主掺杂的元素较少，这就减小了其性能提升的空间。SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料是臧等人发现的一种新的压敏材料，其制备工艺简单、原料价格相对较低、无污染，然其烧结温度相对较高，与其它材料相比其优势明显削弱。
【发明内容】
[0004]为解决现有的SrTi03、T12等压敏-电容双功能陶瓷材料存在的制备工艺复杂、成本较高，可供施主掺杂的元素较少的问题，以及SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料存在的烧结温度较高、压敏性不理想的问题。本发明提供了一种Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案为:一种Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料，该陶瓷材料是以Bi2O3粉料、SnO 2粉料和Zn 2Sn04粉料为原料，经混合、压制，烧结而成；所述祀203、SnOjP Zn 2Sn04的摩尔比为X:79.4:20.6，其中，O < X ^ 0.03。
[0006]本发明陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下:
步骤一:Zn2Sn04粉料的制备
将SnO2和ZnO按摩尔比1:2的比例混合，并装入尼龙球磨罐中，然后加入蒸馏水，在200转/分的转速条件下球磨12小时，得到料浆；
将球磨后的浆料在20°C ~120°C下烘干后，装入氧化铝坩祸内压紧，将装有粉料的氧化铝坩祸装入马弗炉内，在1000°C条件下煅烧I小时，然后自然冷却至室温，将煅烧后的粉体取出研磨后得Zn2SnO4粉料，备用； 步骤二:按照上述比例称取Sn02、Bi2O3和步骤一制备的Zn 2Sn04粉料进行干混，然后装入尼龙罐中，并加入蒸馏水在200转/分的条件下球磨12小时，得到浆料，备用；其中，Bi2O3' SnOjP Zn 2Sn04的摩尔比为 X:79.4:20.6，0〈Χ〈0.03 ；
将球磨后的浆料在20°C ~120°C下烘干后，得到混合粉料，然后加入质量浓度为10%的聚乙烯醇溶液，混合均匀得湿料，经造粒后，在200MPa左右的压力条件下用粉末压片机压成直径为15_，厚度约为1_的圆片，备用；其中，加入聚乙烯醇溶液的体积约为浆料烘干后重量的5% ；
步骤三:将步骤二制得的圆片在650 °C条件下加热排胶1~2小时，然后在IlOO0C ~1300°C条件下烧结保温I小时，而后自然冷却至室温，即得Bi2O3-SnO2-Zn2SnOJi敏-电容双功能陶瓷材料。
[0007]上述步骤一和步骤二的球磨过程中，蒸馏水的加入量为没过待球磨的物料1.0cm。所用的研磨球均为氧化锆球，氧化锆球与待研磨物料的质量比为4:1，氧化锆球的直径分为三种:8.5mm,4.5mm和2.6mm，三种氧化锆球的质量比为4:3:4。
[0008]有益效果:
(I)本发明制成的Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能复合陶瓷材料，与传统SrTi03、T12等材料相比，所需原料容易得到或制备，不需要经过掺杂就具有压敏性质，工艺简单，可以用于大规模工业化生产。
[0009](2)本发明的Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能复合陶瓷材料，与SnO2-Zn2SnO4复合陶瓷相比，具有较低的烧结温度、良好的收缩率、较高的致密度，是具有压敏-电容双功能的陶瓷材料。
【附图说明】
[0010]图1为本发明中各实施例制备的试样的密度随烧结温度变化的关系图。
[0011]图2为本发明中各实施例制备的试样的收缩率随烧结温度变化的关系图。
[0012]图3为本发明中各实施例制备的试样的电流密度与电场强度的关系图。
[0013]图4为本发明中各实施例制备的试样的相对介电常数与频率的关系图。
[0014]图中，Cl为实施例1制得的样品，C2为实施例2制得的样品，C3为实施例3制得的样品，C4为实施例4制得的样品，C5为实施例5制得的样品。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
一种Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料，该材料由Zn办04粉料、Bi 203粉料和SnO^料经混合、压制，并烧结制成，各组分摩尔比Bi 203:Sn0 2:Zn 2Sn04S O:79.4:20.6。即本实施例中不添加Bi2O3组分。
[0016]上述Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料，其制备方法为:
步骤一:Zn2Sn04粉料的制备
将SnO2和ZnO按摩尔比1:2的比例混合，并装入尼龙球磨罐中，然后加入蒸馏水，在200转/分的转速条件下球磨12小时，得到料浆；
将球磨后的浆料在80°C条件下烘干后，装入氧化铝坩祸内压紧，将装有粉料的氧化铝坩祸装入马弗炉内，在1000°c条件下煅烧I小时，然后自然冷却至室温，将煅烧后的粉体取出研磨后得Zn2SnO4粉料，备用；
步骤二:按照Bi2O3 = SnO 2:Zn 2Sn04为O:79.4:20.6的摩尔比，分别称取SnO 2粉料和步骤一制备的Zn2SnO4粉料进行干混，然后装入尼龙罐中，并加入蒸馏水，在200转/分的条件下球磨12小时，得到浆料，备用；
将球磨后的浆料在80°C条件下烘干后，得到混合粉料，然后加入质量浓度为10%的聚乙烯醇溶液，混合均匀得湿料，经造粒后，在200MPa左右的压力条件下用粉末压片机压成直径为15mm厚度约为Imm的圆片，备用；其中加入聚乙烯醇溶液的体积约为浆料烘干后重量的5% ；
步骤三:将步骤二制得的圆片在650°C条件下排胶I小时，然后在1000~1300°C条件下烧结保温I小时，而后自然冷却至室温，即得Cl样品。
[0017]实施例2
一种Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料，该材料由Zn 2Sn04粉料、Bi 203粉料和SnO2粉料经混合压制，并烧结制成，各组分摩尔比Bi 203:Sn0 2:Zn 2Sn04S 0.0001:79.4:20.6o
[0018]上述Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料，其制备方法为:
步骤一:Zn2Sn04粉料的制备
将SnO2和ZnO按摩尔比1:2的比例混合，并装入尼龙球磨罐中，然后加入蒸馏水在200转/分的转速条件下球磨12小时，得到料浆；
将球磨后的浆料在100°c条件下烘干后，装入氧化铝坩祸内压紧，将装有粉料的氧化铝坩祸装入马弗炉内，在1000°c条件下煅烧I小时，然后自然冷却至室温，将煅烧后的粉体取出研磨后得Zn2SnO4粉料，备用；
步骤二:按照 Bi203:Sn0 2:Zn 2Sn04为 0.0001:79.4:20.6 的摩尔比，分别称取 SnO2^Bi2O3和步骤一制备的Zn2SnO4粉料进行干混，然后装入尼龙罐中，并加入蒸馏水在200转/分的条件下球磨12小时，得到浆料，备用；
将球磨后的浆料在100°C条件下烘干后，然后加入质量浓度为10%的聚乙烯醇溶液混合均匀得湿料，经造粒后，在200MPa左右的压力条件下用粉末压片机压成直径为15mm厚度约为Imm的圆片，备用；其中，加入聚乙烯醇溶液的体积约为浆料烘干后重量的5% ；
步骤三:将步骤二制得的圆片在650°C条件下排胶I小时，然后在1000~1300°C条件下烧结保温I小时，而后自然冷却至室温，即得C2样品。
[0019]实施例3
一种Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料，该材料由Zn {叫粉料、Bi 203粉料和31102粉料经混合压制，并烧结制成，各组分摩尔比Bi 203:Sn0 2:Zn 2Sn04S 0.001:79.4:
20.6o
[0020]上述Bi2O3-SnO2-Zn2SnO4压敏-电容双功能陶瓷材料，其制备方法为:
步骤一:Zn2Sn04粉料的制备
将SnO2和ZnO按摩尔比1:2的比例混合，并装入尼龙球磨罐中，然后加入蒸馏水在200转/分的转速条件下球磨12小时，得到料浆；
将球磨后的浆料在20°C条件下烘干后，装入氧化铝坩祸内压紧，将装有粉料的氧化铝坩祸装入马弗炉内，在1000°c条件下煅烧I小时，然后自然冷却至室温，将煅烧后的粉体取出研磨后得Zn