專利名稱：防雷用多元摻雜改性氧化鋅壓敏材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防雷用氧化鋅(ZnO)壓敏材料。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)壓敏陶瓷是以氧化鋅為主體材料，添加一些金屬氧化物，利用陶瓷的工藝燒制成的多晶體，具有浪涌吸收和過電壓保護(hù)功能，可以制成壓敏閥片組裝成電源防雷器，對感應(yīng)雷電進(jìn)行泄流，以保護(hù)用電設(shè)備免受擊毀。不同的和不同量的氧化物的添加，對ZnO壓敏材料的性能有著十分敏感的影響。目前，用于電源防雷的ZnO壓敏材料多為七、八元系，主要的幾項(xiàng)電壓敏參數(shù)(非線性系數(shù)α值，漏電流，通流后壓敏電壓變化率，殘壓比)的優(yōu)化還不理想，況且材料的燒結(jié)溫度較高，而高的燒結(jié)溫度一則容易使瓷片發(fā)生形變，影響瓷片電極的涂覆質(zhì)量，從而影響到產(chǎn)品率二則造成低熔點(diǎn)組分(Bi，Sb，Mg，Ti)過量揮發(fā)，導(dǎo)致器件電壓敏參數(shù)下降。2000年8月份的《電子元件與材料》雜志發(fā)表的《大通流高電壓高α值ZnO壓敏電阻器》提供的壓敏材料的組分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為Bi2O3(2.00～3.00)％、Co2O3(1.00～2.00)％、SiO2(0.5～1.0)％、MnO2(0.4～0.8)％、Sb2O3(2.0～3.0)％、ZrO2(0.001～0.01)％。2004年8月份《電子元件與材料》雜志發(fā)表的《(Ni，Mg，Al)摻雜對ZnO壓敏材料電學(xué)性的影響》提供的壓敏材料組分(摩爾分?jǐn)?shù)為)90.4％ZnO、5.18％Bi2O3、1.84％Sb2O3、0.97％Co2O3、0.84％Ni2O3、0.64％Cr2O3、0.13％MnO2、(0～0.08)％MgO、(0～0.008)％Nb2O5、(0～0.004)％Al(NO3)3·9H2O。這兩種組分材料的電壓敏參數(shù)均不夠理想，而且燒結(jié)溫度偏高。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種電壓敏參數(shù)更優(yōu)化的防雷用多元摻雜改性氧化鋅壓敏材料。
本發(fā)明采用的解決方案是防雷用多元摻雜改性氧化鋅壓敏材料包括以下組分ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩爾比為0.8800～0.9100、0.0400～0.0510、0.0100～0.0136、0.0045～0.0085、0.0060～0.0130、0.0050～0.0100、0.0030～0.0080、0.0040～0.0090、0.0040～0.0060、0.0010～0.0040、0.0020～0.0050、0.0010～0.0030。
Co2O3、Ni2O3、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、Ga2O3元素的適量添加，可提高材料的晶界勢壘高度，從而提高非線性系數(shù)α值，提高材料的致密性和晶粒的均勻性，使通流后壓敏電壓變化率得到很大改善，殘壓比明顯降低。
Sb2O3、TiO2、MgO元素的適量添加，可使晶界層的生長趨于完善，使晶界層被高電壓擊穿導(dǎo)通后的自我恢復(fù)能力得到提高，從而可減小漏電流，通流后壓敏電壓變化率變小。這些低熔點(diǎn)材料的添加，可明顯地降低材料的燒結(jié)溫度，提高材料的成品率。
本發(fā)明的幾項(xiàng)主要電壓敏參數(shù)(樣品以壓敏電壓為620V，34×34mm方片為例)非線性系數(shù)α值為100～120；漏電流0.75V1mA下小于0.8μA，通流后壓敏電壓變化率(8/20μS波40kA雙方向各2次)V1mA變化率為±(2.0～5.0)％；殘壓比V20kA/V1mA為2.05～2.20，V40kA/V1mA為2.55～2.70。
本發(fā)明采取多元摻雜改性的方法使添加劑達(dá)到11種，解決了主要的電壓敏參數(shù)的優(yōu)化問題，同時(shí)這種材料還具有1050℃較低的燒結(jié)溫度，保溫時(shí)間為150分鐘，顯著節(jié)約能源。而且產(chǎn)品的成品率高達(dá)95％以上。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1組分為ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩爾比為0.8870、0.0410、0.0100、0.0072、0.0126、0.0092、0.0080、0.0090、0.0060、0.0040、0.0040、0.0020。主要電壓敏參數(shù)(樣品以34×34mm方片為例)非線性系數(shù)α值為112；漏電流0.75V1mA下小于0.8μA；通流后壓敏電壓變化率(8/20μS波40kA雙方向各2次)V1mA變化率為±4.0％；殘壓比V20kA/V1mA為2.05、V40kA/V1mA為2.55。
實(shí)施例2組分為ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩爾比為0.9020、0.0460、0.0100、0.0060、0.0060、0.0070、0.0050、0.0060、0.0050、0.0040、0.0020、0.0010。主要電壓敏參數(shù)(樣品以壓敏電壓620V，34×34mm方片為例)非線性系數(shù)α值為110；漏電流0.75V1mA下小于0.8μA；通流后壓敏電壓變化率(8/20μS波40kA雙方向各2次)V1mA變化率為4±4.2％；殘壓比V20kA/V1mA為2.1、V40kA/V1mA為2.56。
實(shí)施例3組分為ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩爾比為0.9100、0.040、0.0100、0.005、0.008、0.007、0.0050、0.0060、0.0040、0.0010、0.0030、0.0010。主要電壓敏參數(shù)(樣品以34×34mm方片為例)非線性系數(shù)α值為108；漏電流0.75V1mA下小于1.2μA；通流后壓敏電壓變化率(8/20μS波40kA雙方向各2次)V1mA變化率為±4.10)％；殘壓比V20kA/V1mA為2.17，V40kA/V1mA為2.65。
實(shí)施例4組分為ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩爾比為0.88、0.050、0.0122、0.0085、0.01、0.0086、0.0072、0.0085、0.00450、0.0030、0.0045、0.0030。主要電壓敏參數(shù)(樣品以34×34mm方片為例)非線性系數(shù)α值為118；漏電流0.75V1mA下小于1μA；通流后壓敏電壓變化率(8/20μS波40kA雙方向各2次)V1mA變化率為±3.4％；殘壓比V20kA/V1mA為2.05，V40kA/V1mA為2.6。
權(quán)利要求
1.一種電壓敏參數(shù)更優(yōu)化的防雷用多元摻雜改性ZnO壓敏材料，其特征在于包括以下組分ZnO、Bi2O3、Co2O3、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、Ni2O3、TiO2、Nb2O5、Al(NO3)3·9H2O、MgO、Ga2O3；其摩爾比為0.8800～0.9100、0.0400～0.0510、0.0100～0.0136、0.0045～0.0085、0.0060～0.0130、0.0050～0.0100、0.0030～0.008、0.0040～0.0090、0.0040～0.0060、0.0010～0.0040、0.0020～0.0050、0.0010～0.0030。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種的防雷用多元摻雜改性氧化鋅壓敏材料，組分包括ZnO、Bi
文檔編號(hào)H01C7/112GK1610019SQ20041003640
公開日2005年4月27日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者陳洪存, 王矜奉, 張海鹍, 蘇文斌, 臧國忠 申請人:山東大學(xué)