一种氧化锌压敏电阻器介质材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及压敏电阻材料，具体设及一种氧化锋压敏电阻器介质材料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 氧化锋压敏电阻材料可用于制造高性能氧化锋压敏电阻片，该电阻片可用于制造 避雷器或者压敏电阻器，应用于电力电子线路中吸收异常过电压W保护线路系统。电力电 子线路中经常会因雷击负载投切引起线路异常过电压，氧化锋材料已经大量用于电力电子 线路中吸收或抑制异常过电压，保护电力电子设备免遭破坏。
[0003] 目前，市场上的氧化锋压敏电阻器介质中，主要成分氧化锋所占重量比例为87 -93%，其它成分（即添加剂）总共所占重量比例为7- 13%。众所周知，氧化锋是氧化 锋压敏电阻器介质的基础材料，呈白色粉未状，晶体结构为六方晶系，铅锋矿型，晶格常数 a==3.24A，c==5.]9A，密度为5. 61g'em3,烙点为1975°C，常压下1720°C易升华；而氧化锋压敏 电阻器介质中其它成分的烙点大多低于氧化锋（除氧化铭2266°C)，最基本的=元系配方 中的訊2〇3烙点为656°C，Bi2〇3烙点为825°C。目前行业中氧化锋压敏电阻器瓷介材料主要 为九元系配方，氧化锋压敏电阻器忍片烧结一般在高溫1250 - 1300°C、保溫2. 5小时左右 (总时间15小时左右）的条件下烧成，能耗较高。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化锋压敏电阻器介质材料及其制备方 法，运种氧化锋压敏电阻器介质材料脉冲冲击耐受能力良好，且可采用中低溫烧结，能耗较 低。采用的技术方案如下： 一种氧化锋压敏电阻器介质材料，其特征在于按摩尔份数计，其组成为：主成分化0 100份，添加剂成分訊2〇30. 05 - 1. 3份、C〇2〇30. 05 - 1. 3份、Bi2〇30. 05 - 1. 3份、Mn〇2 0. 05-1.3份、〇2〇3〇.〇5-1.3份、511〇2〇.05-1.3份、51〇2〇.05-1.3份、化2〇3〇.〇5- 1. 3份、棚酸0. 05 - 0. 6份、AgN〇3 0. 05 - 0. 6份、Sm2〇3 0. 05 - 0. 6份。
[0005] 上述C〇2〇3通常WC〇3〇4,或者钻元素的碳酸盐或有机盐引入。
[0006] 上述Mn〇2通常WMnO2、Mn化或MnCO3引入。
[0007] 上述氧化锋压敏电阻器介质材料中，ZnO是压敏电阻器的基础材料，白色粉未，晶 体结构为六方晶系，铅锋矿形，晶格常数a=3方4A,.c=5.!9 ,4,密度5. 61g/cm3,烙点1975°C， 氧化锋压敏电阻器介质材料的烧结过程中伴随有固相/液相等反应。通过加入Sn〇2,在烧 结过程中Sn〇2可W降低Bi2〇3的相变溫度，低烙点的Sn〇2使烧结液相在更低溫度下形成，使 反应物更加充分降低烧结溫度。Si〇2在玻璃中的烙点为850 - 900°C，在烧结过程中Si〇2 与叫〇3、棚酸、AgN〇3反应产生液相玻璃，不仅降低了烧结溫度，提高结构致密化程度，同时 也提升了产品的脉冲耐受能力。Sm2〇3渗杂加快了氧化锋压敏电阻器介质材料的液相烧结， 降低烧结溫度，并且促使介质材料致密化，同时也提升了产品的脉冲能力。
[0008] 本发明还提供上述氧化锋压敏电阻器介质材料的一种制备方法，其特征在于包括 下列步骤： (1) 按摩尔份数计，根据所要制备的氧化锋压敏电阻器介质材料的组成主成分化0 100 份，添加剂成分訊2〇30. 05 - 1. 3 份、C〇2〇30. 05 - 1. 3 份、Bi2〇30. 05 - 1. 3 份、Mn〇2 0. 05-1.3份、〇2〇3〇.〇5-1.3份、511〇2〇.05-1.3份、51〇2〇.05-1.3份、化2〇3〇.〇5- 1. 3 份、棚酸 0. 05 - 0. 6 份、AgN〇3 0. 05 - 0. 6 份、Sm2〇3 0. 05 - 0. 6 份，按比例配备相应 的主成分原料ZnO和各添加剂原料； (2) 将步骤（1)所配备的各添加剂原料加入纯水中，并加入锭盐分散剂，所添加的锭盐 分散剂的重量为各种添加剂总重量的0. 8 - 1% ;然后在球磨机中球磨，使各添加剂原料、 锭盐分散剂充分混合，得到添加剂料浆； (3) 将主成分原料ZnO加入添加剂料浆中，揽拌至混合均匀，然后加入陶瓷粘结剂（如 陶瓷粘结剂PB-72,陶瓷粘结剂PB-72的主要成分为聚甲基丙締酸甲醋和S乙醇胺的水溶 液）和聚乙締醇溶液，混合均匀后得到喷雾料浆； (4) 采用离屯、式喷雾干燥塔将步骤（3)所得的喷雾料浆喷雾干燥，得到粉料； (5) 将步骤（4)所得的粉料通过干压方式成型，压制成巧体； (6) 将步骤（5)所得的巧体经排胶后（即排除陶瓷粘结剂和聚乙締醇），在溫度为 1000-Iiocrc的条件下烧结，获得氧化锋压敏电阻器介质材料。
[0009] 上述步骤（1)中，每配备IOOmol主成分原料化0,相应地配备W下添加剂原材料： 0. 05-1.3mol訊2化，含有0. 1-2. 6molCo的C〇3〇4或者钻元素的碳酸盐或有机盐，0. 05-1.3111〇1612〇3，含有〇.〇5 - 1.31]1〇11]1的胞3〇4、]^]1〇2或胞(1)3,〇.〇5-1.31]1〇1〇2〇3,〇.〇5 - 1. 3molSn〇2,0. 05 - 1. 3molSi〇2,0. 05 - 1. 3mol化203,0. 05 - 0. 6mol棚酸，0. 05 - 0. 6molAgN〇3,W及 0. 05 - 0. 6molSm2〇3。
[0010] 优选步骤（I)中，化0、訊2〇3、Bi2〇3、化2〇3、Sn〇2、Si〇2、化2〇3,用于引入C〇2〇3的Co化 或者钻元素的碳酸盐或有机盐，W及用于引入Mn〇2的Mn3〇4、Mn〇2或MnCO3均为纳米级或亚 纳米级材料。采用纳米级或亚纳米级材料，可W降低烧结溫度。
[0011] 上述锭盐分散剂可采用W锭盐为溶质的丙締酸与丙醇（丙締酸与丙醇共同作为 溶剂）的混合溶液。
[0012] 优选步骤（2)中，纯水重量是步骤（1)所配备的各添加剂原料的总重的0. 8 - 1 倍。步骤（2)中，通常球磨至固体颗粒平均粒径小于lym，制得添加剂料浆。 阳01引优选步骤（3)中，揽拌速度为150 - 200转/分钟。
[0014] 优选步骤（3)中，所加入的聚乙締醇溶液所含聚乙締醇的重量是步骤（1)所配备 的主成分原料化0的0. 9 - 1. 5% ;所加入的陶瓷粘结剂的重量是步骤（1)所配备的主成 分原料化0的1.5-2.0%。
[001引优选步骤（3)中，所加入的聚乙締醇溶液的重量百分比浓度为10%。该聚乙締醇 溶液是将聚乙締醇溶解于纯水中制得的（可在100°C溫度下溶解2小时，得到透明溶液）， 聚乙締醇与纯水的重量比例为1 :9。
[0016] 优选步骤（3)中，在将主成分原料化0、添加剂料浆、陶瓷粘结剂与聚乙締醇溶 液混合均匀得到浆料后，还利用装载错球的球磨机对得到的浆料进行球磨，球磨转速为 150 - 200转/分钟；球磨过程中通入液氮对浆料进行降溫，使浆料溫度保持在20 - 30°C。 在球磨过程中，引入液氮为浆料营造了低溫环境，使浆料中颗粒的粒径分布均匀且颗粒尺 寸达到纳米级甚至亚纳米级，提高材料的反应活性，有助于降低烧结溫度。优选上述错球分 为直径为3mm的错球和直径为5mm的错球两种，其中直径为3mm的错球与直径为5mm的错 球的重量配比为1:2。
[0017] 利用上述氧化锋压敏电阻器介质材料制作压敏电阻片，在其两面制备银电极或者 铜电极，再焊接引出端，并采用绝缘树脂包封固化，即可制成过压保护元件（如氧化锋压敏 电阻）。
[0018] 本发明相对于现有的技术，具有W下有益效果：本发明的氧化锋压敏电阻器介质 材料非线性系数大于50,烧结后黑片的电位梯度为135 - 300V/mm，脉冲冲击耐受能力强， 可望应用于电力避雷器或其它电力电子线路的防雷过压保护；本发明的氧化锋压敏电阻器 介质材料可在中低溫下（1000 -ll〇〇°C)烧结，制作工艺简单，大大的降低了氧化锋压敏电 阻材料成本，满足了节能环保的要求。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1 本实施例中，氧化锋压敏电阻器介质材料的制备方法包括下列步骤： (1) 按摩尔份数计，配备100份主成分原料化0W及下述份数的添加剂原料：〇. 95份 Sb2〇3,0. 4 份C〇3〇4 (用于引入 0. 6 份C〇2〇3)，0. 8 份扣2〇3,0. 3 份MnC〇3 (用于引入 0. 3 份 Mn〇2)，0. 3 份化2〇3,0. 2 份Sn〇2,0. 3 份Si〇2,0. 3 份化2〇3,0. 3 份棚酸，0. 3 份AgN〇3,W及 0. 3 份Sni2〇3; 实际生产时，可根据上述主成分原料与各添加剂原料的摩尔份数，换算成重量份数，W便操作； 上述化0、訊2〇3、Bi2〇3、化2〇3