一种非线性系数可调控的氧化锌陶瓷及其制备方法和应用

本发明涉及一种非线性系数可调控的氧化锌陶瓷及其制备方法和应用，属于功能陶瓷及其制备。

背景技术：

1、压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，当电路承受过压时，压敏电阻会进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。单纯的zno陶瓷是不具有压敏特性的，通常通过添加其他氧化物来制备zno压敏电阻。目前使用最多的方法是以zno为主体，添加少量金属氧化物做为压敏形成剂，如bi2o3、mno2、sb2o3、co3o4、cr2o3等，在zno晶粒界面处构建肖特基势垒，实现zno基陶瓷的压敏特性。近年来，为了提高zno基压敏电阻的电位梯度、改善其非线性特性，研究者们在zno基陶瓷中进一步添加al2o3，ceo2，稀土氧化物(y2o3、la2o3)等，改善zno基陶瓷的非线性特性。由于上述方法制备的zno基陶瓷为多组分结构，因此，难以通过某一氧化物的添加量来实现压敏电位梯度和非线性系数的调控。因此，提供一种非线性系数可调控的氧化锌陶瓷及其制备方法是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有zno基压敏陶瓷无法实现非线性系数可调控的问题，提供一种非线性系数可调控的氧化锌陶瓷及其制备方法和应用。

2、本发明的技术方案：

3、本发明的目的之一是提供一种非线性系数可调控的氧化锌陶瓷的制备方法，该方法包括以下步骤：

4、(1)将氧化锌和改性原料加入到乙醇中，通过球磨处理混合均匀后，烘干成混合粉体后进行高温烧结处理，得到预烧粉；所述改性原料为aln粉末；

5、(2)将预烧粉和粘结剂混合，压制成预制块体后，再次经高温烧结，得到氧化锌陶瓷。

6、进一步限定，(1)中改性原料和氧化锌的物质的量比为(0.5-2)：100。

7、进一步限定，(1)中烘干温度为60-80℃，保温时间为4-6h。

8、进一步限定，(1)中高温烧结温度为200-800℃，保温时间为2h，升温速率为10℃/min。

9、进一步限定，(2)中粘接剂是体积分数为5vt％的pva水溶液，pva分子量为10000。

10、进一步限定，预烧粉和pva的质量比为1：0.5。

11、进一步限定，(2)中压制温度为室温，压强为10-12mpa，保压时间为10min。

12、进一步限定，(2)中高温烧结处理工艺为：以10℃/min的速率升温至1100℃保温1h，升温至1250-1450℃保温3h。

13、本发明的目的之二是提供一种上述制备方法得到的氧化锌陶瓷，该氧化锌陶瓷具有非线性系数可调控的特点。

14、本发明的目的之三是提供一种上述氧化锌陶瓷的应用，具体用于制备储能器件、防雷装置以及接地装置等。

15、有益效果：

16、本发明采用aln为添加剂对zno进行掺杂改性，利用aln与zno电导率有较大差距，aln的加入可以在zno晶粒中构建肖特基势垒，诱导zno陶瓷的压敏特性；以及aln与zno具有相同的晶体结构，al3+离子容易进入zno晶格，实现掺杂改善非线性特性的目的，使aln对zno同时实现压敏形成剂和掺杂改性作用，制备得到同时具有单相六方纤锌矿型氧化锌结构和压敏特性的掺杂氧化锌陶瓷，通过改变aln的掺杂含量，即可实现非线性系数和压敏电位梯度的调控，拓宽了氧化锌陶瓷的应用范围。

技术特征：

1.一种非线性系数可调控的氧化锌陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中改性原料和氧化锌的物质的量比为(0.5-2)：100。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中烘干温度为60-80℃，保温时间为4-6h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中高温烧结温度为200-800℃，保温时间为2h，升温速率为10℃/min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)中粘接剂是体积分数为5vt％的pva水溶液，pva分子量为10000。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，预烧粉和pva的质量比为1：0.5。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)中压制温度为室温，压强为10-12mpa，保压时间为10min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)中高温烧结处理工艺为：以10℃/min的速率升温至1100℃保温1h，升温至1250-1450℃保温3h。

9.一种权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的氧化锌陶瓷。

10.一种权利要求9所述的氧化锌陶瓷的应用，其特征在于，用于制备储能器件、防雷装置、接地装置。

技术总结
本发明公开了一种非线性系数可调控的氧化锌陶瓷及其制备方法和应用，属于功能陶瓷及其制备技术领域。本发明解决了现有ZnO基压敏陶瓷无法实现非线性系数可调控的问题。本发明采用AlN为添加剂对ZnO进行掺杂改性，利用AlN与ZnO电导率有较大差距，在ZnO晶粒中构建肖特基势垒，诱导ZnO陶瓷的压敏特性；以及AlN与ZnO具有相同的晶体结构，Al<supgt;3+</supgt;离子容易进入ZnO晶格，实现掺杂改善非线性特性的目的，使AlN对ZnO同时实现压敏形成剂和掺杂改性作用，制备得到同时具有单相立方闪锌矿型氧化锌结构和压敏特性的掺杂氧化锌陶瓷，改变AlN的掺杂含量，实现非线性系数和压敏电位梯度的调控，拓宽氧化锌陶瓷的应用范围。

技术研发人员：于杨,崔杰,刘一桐,卜德超,张笑瑞
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29