一种Ga掺杂氧化锌复合功能陶瓷、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及陶瓷制备技术领域，具体涉及一种Ga掺杂氧化锌复合功能陶瓷、制备方法及其应用，将ZnO、Bi2O3、Sb2O3、Ni2O3、Co3O4、MnO2、Al(NO3)3、TiO2、Ga2O3粉末在去离子水中混合，用ZrO2介质以200r/min的速度球磨12小时后，在80℃下干燥24h；将得到的干燥粉末与粘合剂混合，然后压制成生坯；将得到的生坯以2℃/min的升温速率加热至600℃，加热2h，去除粘结剂；将得到的去除粘结剂的生坯以5℃/min的升温速率烧结至1200℃～1300℃并保温90min，然后降温至室温得到氧化锌压敏陶瓷，这种压敏陶瓷解决了现有的低压压敏陶瓷制备方法较难、得到的低压压敏陶瓷性能较差的问题，同时还获得了一定的储能效率，是一种潜在的压敏储能复合功能材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种Ga掺杂氧化锌复合功能陶瓷、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及陶瓷制备
，具体涉及一种Ga掺杂氧化锌复合功能陶瓷、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]ZnO压敏陶瓷自从被Matsuoka发现后，由于其具有非线性伏安特性被学者们大量研究，如今已经广泛应用于抑制浪涌和吸收过电压。ZnO压敏电阻多被应用于中、高压场合，但是现在的电子设备逐渐集成化发展以及各种小家电和汽车工业不断发展。为了避免由于操作过电压而导致的设备损坏，需要低压压敏电阻保护电路，确保设备安全运转。市场对于低压压敏电阻的需求不断扩大使得对低压压敏电阻的性能要求越来越高。因此针对低压压敏陶瓷进行探究是非常具有实际意义的。近年来制备低压压敏陶瓷的途径通常可以分为三种。将陶瓷片压薄，得到较低的阈值电压，但在批量生产中陶瓷片容易破裂，且由于体积小，性能较差；通过减小单晶界层击穿电压来降低阈值电压，但是工艺控制过程复杂；通过掺杂促晶添加剂增大ZnO平均晶粒尺寸。通过对比添加促晶剂是最简单有效的方式。
[0003]TiO2作为制备低压压敏陶瓷的重要促晶添加剂，通过加速固相传质过程，使晶粒显著增大，降低电位梯度。部分其它添加剂如MnO2、Co2O3、Cr2O3和Sb2O3对改善ZnO压敏瓷非线性及稳定性起着重要的作用。但想要提高非线性系数的同时又降低阈值电压还是非常困难的。专利CN 115093215A公开了加入同时Ga2O3和In2O3后对改善ZnO压敏瓷的作用，经过重复实验，发现改善后的ZnO压敏瓷效果虽有改善，但是其方法、用量以及技术效果还有改进的空间。
[0004]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有的制备低压压敏陶瓷的方法制备方法较难、得到的低压压敏陶瓷性能较差的问题，提供了一种Ga掺杂氧化锌复合功能陶瓷、制备方法及其应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术公开了一种Ga掺杂氧化锌复合功能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将ZnO、Bi2O3、Sb2O3、Ni2O3、Co3O4、MnO2、Al(NO3)3、TiO2、Ga2O3粉末在去离子水中混合，用ZrO2介质以200r/min的速度球磨12小时后，在80℃下干燥24h；
[0008]S2：将步骤S1中得到的干燥粉末与粘合剂混合，然后压制成生坯；
[0009]S3：将步骤S2中得到的生坯以2℃/min的升温速率加热至600℃，加热2h，去除粘结剂；
[0010]S4：将步骤S3中得到的去除粘结剂的生坯以5℃/min的升温速率烧结至1200℃～1300℃并保温90min，然后降温至室温。
[0011]所述步骤S1中ZnO、Bi2O3、Sb2O3、Ni2O3、Co3O4、MnO2、Al(NO3)3、TiO2、Ga2O3粉末的摩尔份数包括ZnO 90～95份；Bi2O
3 0.5～2份；Sb2O30.3～1份；Ni2O
3 0.2～1.5份；Co3O
4 0.3～
1.5份；MnO
2 0.3～1.5份；Al(NO3)
3 0～0.4份；TiO
2 0～2份；Ga2O
3 0.001～0.1份。
[0012]所述步骤S2中粘合剂为5wt.％的聚乙烯醇PVA。
[0013]所述步骤S2中生坯的直径为13mm。
[0014]所述步骤S4中降温时先以1℃/min降温至900℃，再以3℃/min降温至600℃，最后以1℃/min降温至室温。
[0015]本专利技术还公开了采用上述制备方法制得的Ga掺杂氧化锌压敏陶瓷以及这种氧化锌复合功能陶瓷在电子元器件中吸收过电压和储能的应用。
[0016]本申请中通过掺杂Ga2O3，发生缺陷反应，增加非线性系数的同时降低阈值电压，达到制备高性能低压氧化锌复合功能陶瓷的目的。
[0017]与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用掺杂不同含量的Ga2O3制备出了ZnO
‑
Bi2O3基压敏陶瓷，制备出的所有样品微观结构均匀，随着Ga2O3含量的增加，晶粒略有增大，电压梯度呈下降趋势。所有成分的样品均具备压敏特性，其中Ga2O3的添加量为0.008mol％时，表现出的性能最佳，电压梯度为163V/mm，非线性系数为32.5，漏电流为1.40μA。经过研究表明，添加了Ga2O3后，与ZnO发生缺陷反应，使得非线性系数增加，阈值电压下降。而且，本专利技术的研究也显示出制备得到的ZnO复合功能陶瓷具有一定的储能密度和储能效率，储能可高达30.28％，是潜在的储能材料。
附图说明
[0018]图1为实施例4、5、6、7Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的XRD；
[0019]图2为实施例4Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的SEM；
[0020]图3为实施例5Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的SEM；
[0021]图4为实施例6Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的SEM；
[0022]图5为实施例7Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的SEM；
[0023]图6为所有实施例Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的相对密度；
[0024]图7为实施例4、5、6、7Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的E
‑
J曲线；
[0025]图8为实施例4、5、6、7Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的阻抗谱；
[0026]图9为实施例4、5、6、7Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的介电；
[0027]图10为实施例4、5、6、7Ga2O3掺杂ZnO复合功能陶瓷的电滞回线。
具体实施方式
[0028]以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明，涉及的原料均来自于市售。
[0029]表1各实施例及对比例陶瓷粉料配方
[0030][0031][0032]实施例1
[0033]一种Ga掺杂ZnO复合功能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0034]步骤一：按表1所示本实施例陶瓷粉体的配方，将陶瓷粉体材料按摩尔比，包括90份的ZnO，2份的Bi2O3，1份的Sb2O3，1.5份的Ni2O3，1.5份的Co3O4，1.5份的MnO2，0.4份的Al(NO3)3，2份的TiO2，0.1份的Ga2O3；
[0035]步骤二：以200r/min的速度球磨12小时，放入80℃烘箱中干燥24小时，将粉末与5wt.％的聚乙烯醇(PVA)混合并压缩成直径为13mm的生坯；以2℃/min的升温速率加热至600℃，加热2小时，除去粘结剂；
[0036]步骤三：以5℃/min的升温速率烧结至1200℃并保温90分钟，以1℃/min降温至900℃，再以3℃/min降温至600℃，最后以1℃/min降温至室温；得到本实施例的氧化锌复合功能陶瓷。
[0037]实施例2
[0038本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ga掺杂氧化锌复合功能陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将ZnO、Bi2O3、Sb2O3、Ni2O3、Co3O4、MnO2、Al(NO3)3、TiO2、Ga2O3粉末在去离子水中混合，用ZrO2介质以200r/min的速度球磨12小时后，在80℃下干燥24h；S2：将步骤S1中得到的干燥粉末与粘合剂混合，然后压制成生坯；S3：将步骤S2中得到的生坯以2℃/min的升温速率加热至600℃，加热2h，去除粘结剂；S4：将步骤S3中得到的去除粘结剂的生坯以5℃/min的升温速率烧结至1200℃～1300℃并保温90min，然后降温至室温得到氧化锌复合功能陶瓷。2.如权利要求1所述的一种Ga掺杂氧化锌复合功能陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中ZnO、Bi2O3、Sb2O3、Ni2O3、Co3O4、MnO2、Al(NO3)3、TiO2、Ga2O3粉末的摩尔份数为：ZnO 90
‑
95份；Bi2O30.5～2份；Sb2O<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东，姜明，张春霞，石梦阳，谢新春，李天宇，左如忠，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：