一种高电位梯度氧化锌压敏电阻材料，属于半导体电子材料领域，其特点在于此种材料是以纳米级氧化锌为主体，加入微米级添加剂氧化铋、氧化锑、氧化铬、氧化钴，还可以加入少量二氧化锰，稀土氧化物2~3种，经充分混合、烘干、预烧、造粒、压制成型、低温排胶、高温烧结，制备出氧化锌电阻阀片，其平均晶粒尺寸细小（<4 μm），电位梯度在750~1150 V/mm之间，非线性系数大于25，漏电流小于5 μA，具有优良的电学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体电子材料领域，涉及一种高电位梯度氧化锌压敏电阻材料。
技术介绍
氧化锌压敏电阻呈现优异的非线性伏安特性而受到广泛关注。氧化锌压敏电阻作为过电压保护器、限压器和避雷器，广泛地应用于电子、电气、通讯和建筑等领域。目前，在高压电路和避雷器件等应用领域，压敏电阻向高压化、小型化、大通流量方向发展，对氧化锌压敏电阻材料的综合性能提出了更高的要求。传统的氧化锌压敏电阻材料，电压梯度在200~400 V/mm，难以满足高压与超高压电阻器件的应用要求。有国内外学者对于高电位梯度压敏电阻材料进行了大量研究。专利CN 101383208B所公布的高电压氧化锌电阻阀片的电位梯度达到400 V/mm，但是其晶粒粗大（>7.0 μm），并且其排胶、烧结工艺复杂。专利CN 100382205C公布的高电位梯度材料，电位梯度达820~900 V/mm，但是其采用高能球磨的方法，对设备要求过高，能耗大，不利于节能推广。专利CN 1181502C公布了部分纳米氧化锌替代微米氧化锌的制备工艺，获得电位梯度达到580 V/mm，方法简单有效，但是其电位梯度仍有待提高。因此，为了克服现有技术缺陷，研究与开发晶粒尺寸细小、高电位梯度、良好综合性能的氧化锌电阻阀片至关重要，并具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高电位梯度压敏电阻材料，此材料制作的电阻阀片具有高电压梯度、较高的非线性系数、较小的漏电流等性能，可应用于电力系统的保护装置，并有利于压敏电阻器件的小型化。本专利技术的技术方案：一种高电位梯度氧化锌压敏电阻阀片，按照摩尔比例计算，它是由以下原料粉末制成的：纳米ZnO 94.0~97.0%、Bi2O3 0.35~0.8%、Sb2O3 1.0~2.0%、Cr2O3 0.4~0.7%、Co2O3 0.35~0.7%、MnO2 0.5~0.7%、稀土氧化物 0.02~1.1%。所述的高压压敏电阻阀片的制备方法，包括以下步骤：（1）球磨混料将多元添加剂的微米粉末按照比例称量，置于玛瑙罐内，加入无水乙醇或丙酮作润滑剂，在行星式球磨机中湿法球磨2~4 h，再按比例加入纳米氧化锌粉末，湿法球磨24 h，加入无水乙醇或丙酮以混合粉料充分润滑为限；（2）烘干、预烧球磨后的混合粉料经60~80 ℃烘干，并在400~450℃预烧1~2 h；（3）造粒、成型加入3~6 wt%聚乙烯醇（PVA）后造粒、压力机成型，圆片尺寸为Φ15 mm、厚度1.5 mm；（4）烧结采用隧道炉或箱式炉，温度在400 ℃保温1 h排胶，然后于1100~1200 ℃保温2 h；（5）被银电极采用隧道炉或箱式炉，850~870 ℃温度保温0.5 ~1 h。与现有技术相比，本专利技术获得的氧化锌压敏电阻阀片平均晶粒尺寸细小（< 4 μm），具有宽电压梯度范围（750~1150 V/mm），非线性系数α>25，漏电流IL<5 μA，综合性能良好。产品可通过调整烧结温度与配料成分来得到需求的电压梯度，电压梯度具有较大的调整区间。附图说明图1是高电位梯度氧化锌压敏材料的制备工艺流程图；图2是实施例1的氧化锌压敏材料的SEM图谱；图3是实施例2的氧化锌压敏材料的SEM图谱；图4是实施例1的氧化锌压敏材料的XRD图谱；图5是实施例2的氧化锌压敏材料的XRD图谱。具体实施方式：实施例1本实施例的配方如下：纳米ZnO 96.6%、微米Bi2O3 0.7%、Sb2O3 1.0%、Cr2O3 0.5%、Co2O3 0.5%、MnO2 0.5%、La2O3 0.1% 、Sm2O3 0.1%；将多元添加剂的微米粉末按照比例称量混合后加入玛瑙研磨罐中，加入无水乙醇或丙酮作润滑剂，在行星式球磨机中湿法球磨2 h，加入无水乙醇或丙酮的量以混合粉料充分润滑为限。在混合后的添加剂粉料中按配比加入纳米氧化锌粉末，湿法球磨24 h。将粉料在温度60 ℃下烘干，并在400 ℃预烧2 h。粉料预烧后加入4%（质量分数）的聚乙烯醇（PVA）作为粘接剂，干压成Φ15 mm、厚度1.5 mm的生坯。生坯放置于炉中缓慢升温至400 ℃保温1 h进行排胶，再升温至1100 ℃，保温烧结2 h后随炉冷却至室温，并于850 ℃保温1 h被银电极。所得的氧化锌压敏电阻阀片经性能测试，电压梯度为780 V/mm，非线性系数为46，漏电流为1.7 μA。实施例2本实施例的配方如下：纳米ZnO 96.2%、微米Bi2O3 0.7%、Sb2O3 1.0%、Cr2O3 0.5%、Co2O3 0.5%、MnO2 0.5%、La2O3 0.1% 、Sm2O3 0.5%；将多元添加剂的微米粉末按照比例称量混合后加入玛瑙研磨罐中，加入无水乙醇或丙酮作润滑剂，在行星式球磨机中湿法球磨3 h，加入无水乙醇或丙酮的量以混合粉料充分润滑为限。在混合后的添加剂粉料中按配比加入纳米氧化锌粉末，湿法球磨24 h。将粉料在温度80 ℃下烘干，并在450 ℃预烧1 h。粉料预烧后加入3%（质量分数）的聚乙烯醇（PVA）作为粘接剂，干压成Φ15 mm、厚度1.5 mm的生坯。生坯放置于炉中缓慢升温至400 ℃保温1 h进行排胶，再升温至1100 ℃，保温烧结2 h后随炉冷却至室温，并于870 ℃保温0.5 h被银电极。所得的氧化锌压敏电阻阀片经性能测试，电压梯度为1100 V/mm，非线性系数为70，漏电流为4.3 μA。实施例3本实施例的配方如下：纳米ZnO 97.0%、微米Bi2O3 0.35%、Sb2O3 1.3%、Cr2O3 0.45%、Co2O3 0.35%、MnO2 0.53%、Nd2O3 0.01%、Y2O3 0.01%；将多元添加剂的微米粉末按照比例称量混合后加入玛瑙研磨罐中，加入无水乙醇或丙酮作润滑剂，在行星式球磨机中湿法球磨4 h，加入无水乙醇或丙酮的量以混合粉料充分润滑为限。在混合后的添加剂粉料中按配比加入纳米氧化锌粉末，湿法球磨24 h。将粉料在温度60 ℃下烘干，并在400 ℃预烧2 h。粉料预烧后加入5%（质量分数）的聚乙烯醇（PVA）作为粘接剂，干压成Φ15 mm、厚度1.5 mm的生坯。生坯放置于炉中缓慢升温至400 ℃保温1 h进行排胶，再升温至1100℃，保温烧结2h后随炉冷却至室温，并于870 ℃保温0.5 h被银电极。所得的氧化锌压敏电阻阀片经性能测试，电压梯度为950 V/mm，非线性系数为27，漏电流为2.6 μA。实施例4本实施例的配方如下：纳米ZnO 95.5%、微米Bi2O3 0.55%、Sb2O3 1.7%、Cr2O3 0.6%、Co2O3 0.5%、MnO2 0.6%、Eu2O3 0.25%、Y2O3 0.3%；将多元添加剂的微米粉末按照比例称量混合后加入玛瑙研磨罐中，加入无水乙醇或丙酮作润滑剂，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高电位梯度氧化锌压敏电阻材料，其特征在于以纳米级氧化锌为主体材料，添加微米级添加物，具体组分包含：纳米级ZnO 94.0~97.0%微米级添加物 Bi2O3 0.35~0.8% Sb2O3 1.0~2.0% Cr2O3 0.4~0.7% Co2O3 0.35~0.7%MnO2 0.5~0.7% 稀土氧化物 0.02~1.1%其中，稀土氧化物为Pr6O11、La2O3、Y2O3、Sm2O3、Nd2O3、CeO2、Eu2O3、Dy2O3、Er2O3中的2~3种。
【技术特征摘要】
1.一种高电位梯度氧化锌压敏电阻材料，其特征在于以纳米级氧化锌为主体材料，添加微米级添加物，具体组分包含：
纳米级ZnO 94.0~97.0%
微米级添加物 Bi2O3 0.35~0.8%
Sb2O3 1.0~2.0%
Cr2O3 0.4~0.7%
Co2O3 0.35~0.7%
MnO2 0.5~0.7%
稀土氧化物 0.02~1.1%
其中，稀土氧化物为Pr6O11、La2O3、Y2O3、Sm2O3、Nd2O3、CeO2、Eu2O3、Dy2O3、Er2O3中的2~3种。
2.如权利要求1所述的高电位梯度压敏电阻材料制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱达川，杨晨，涂铭旌，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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