一种高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料制造技术

本发明专利技术涉及一种高稳定性低温烧结叠层片式压敏电阻材料，属于电子材料技术领域。本发明专利技术对ZnO‑Bi2O3基低温烧结压敏电阻材料，通过Ta2O5和BBSZ玻璃的加入，利用液相烧结机理加速了传质过程，进一步提高了材料的烧结致密度、降低了材料的烧结温度。由此材料通过叠层片式电容器生产制造工艺制备的片式压敏电阻器，其具有高稳定的压敏特性，烧结温度低(850℃～925℃)，非线性系数高(≥86.26)，漏电流小，具有良好的应用前景。

A High Performance Low Temperature Sintered Laminated Varistor Material

The invention relates to a high stability low temperature sintered laminated chip varistor material, which belongs to the technical field of electronic materials. By adding Ta2O5 and BBSZ glass, the liquid phase sintering mechanism is used to accelerate the mass transfer process of ZnO Bi2O3-based low-temperature sintered varistor material, which further improves the sintering density of the material and reduces the sintering temperature of the material. The chip varistor prepared by the manufacturing process of laminated chip capacitors has high and stable varistor characteristics, low sintering temperature (850 925 C), high non-linear coefficient (> 86.26), low leakage current and good application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料
本专利技术属于电子材料
，具体涉及一种高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料。
技术介绍
压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。其中叠层结构的片式压敏电阻器，因其尺寸小、响应速度快、能量承受能力大等优点，同时能够满足电子元器件向平面化、集成化与微型化的发展需求，被广泛应用于航空、航天、电力、移动通讯、汽车电子、家用电器等领域，具有很好的发展前景。目前，比较成熟的用于制造叠层片式压敏电阻的无机材料主要有ZnO-基、TiO2-基和SnO2-基压敏电阻材料等。ZnO-基压敏电阻材料具有优异的非线性系数(α>50)、小的漏电流、性能稳定、制备工艺简单等优点，应用较为广阔，主要用作过压保护、静电防护、吸收浪涌能量器件。TiO2-基压敏电阻材料电位梯度较低，因而在低压领域(压敏电压在20V以下)有一定的应用，但存在着非线性系数偏低、性能稳定性差、重复性不好等问题。SnO2-基压敏电阻材料电位梯度高，可制备高梯度的压敏电阻，但存在原材料昂贵，且非线性系数不高(α一般小于25)等缺点。为了进一步提高材料的应用，不少人对TiO2-基压敏电阻材料和SnO2-基压敏电阻材料进行了改性研究，如李长鹏等的《掺钽对二氧化钛压敏电阻性能的影响》、巩云云的《TiO2-基压敏陶瓷的制备及其掺杂改性研究》、李文戈等的《TiO2-基压敏电阻材料及高压环形压敏电阻器的制备方法》，CN107555985A、王矜奉等的《SrCO3掺杂导致的SnO2压敏电阻的晶粒尺寸效应》、贺剑锋的《SnO2压敏电阻材料掺杂改性研究》等。研究发现Ta2O5在TiO2-基压敏电阻材料和SnO2-基压敏电阻材料中具备非线性I-V响应，从而使其产生较优的压敏特性，并且Ta2O5的掺杂还可提高TiO2-基压敏电阻材料烧结致密性，从而提高其性能。但关于Ta2O5掺杂ZnO-Bi2O3基压敏电阻材料还未见报导，同族元素的掺杂改性多采用Nb2O5及其复合掺杂。如陈洪存等的《(Nb，Mg，Al)多元掺杂对ZnO压敏材料电学性质的影响》，Nb2O5的掺杂ZnO-基压敏电阻材料可显著提高压敏电阻的势垒高度，提高压敏电阻的非线性；另外Nb2O5掺杂还可降低ZnO晶粒电阻率，控制晶格畸变，提高了ZnO-基压敏电阻脉冲电流耐受力及抗老化性能，如《Y3+、Nb5+复合施主掺杂ZnO压敏陶瓷及制备方法》，CN106946561A、《In3+、Nb5+复合施主掺杂ZnO压敏陶瓷及制备方法》，CN106946562A。但这两种压敏电阻陶瓷的烧结温度都高达1200℃，高的烧结温度需要使用钯含量高的内电极浆料，成本较高，压敏电阻的低温烧结有利于成本的降低，且与后期的流延工艺兼容。目前在实现ZnO-基压敏电阻材料的低温烧结方面，主要是通过添加低温烧结添加剂来实现，如B2O3、V2O5、Bi2O3等。如CN1564270A《低温烧结ZnO多层片式压敏电阻器及其制造方法》公开了一种烧结添加剂，主要由Bi2O3、Sb2O3、B2O3、TiO2组成；CN03964837A，《一种压敏陶瓷电阻》主要通过同时添加V2O5和TiO2来确保其低温烧结特性；也有通过添加玻璃料来降低烧结温度的，如《含有铋硼玻璃的压敏电阻材料的制备工艺》，CN06145925A；如《Varistorcompositionandmultilayervaristor》，US2018/0099910A1。虽然这些方法都能达到降低烧结温度的目的，但也在一定程度上牺牲了电阻材料的电学特性，其压敏特性都还有待进一步提高。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，为解决现有低温烧结叠层片式压敏电阻材料性能不佳的问题，本专利技术提供了一种高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料，在ZnO-Bi2O3基压敏电阻材料基础上添加Ta2O5与硼硅锌铋玻璃(BBSZ)，提高材料的晶界势垒及烧结致密性。一种高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料，在ZnO-Bi2O3基低温烧结压敏电阻材料中添加Ta2O5与硼硅锌铋玻璃(BBSZ)，用料量Ta2O5：BBSZ：ZnO-Bi2O3基的摩尔比为0.02～0.50：0.60～0.88：100.00～100.60。其中ZnO-Bi2O3基包括Bi2O3、Co3O4、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、MgO、SiO2，用料量ZnO：Bi2O3：Co3O4：MnCO3：Sb2O3：Cr2O3：MgO：SiO2的摩尔比为94.70～95.80：0.58～0.72：0.11～0.19：0.38～0.58：0.88～2.10：0.24～0.39：0.30～1.10：0.40～0.72。将上述原料经球磨混合、烘干、粉碎过筛即可制得高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料，其烧结温度低(850℃～925℃)，非线性系数高(≥86.26)，漏电流小。将上述材料按叠层片式电容器生产制造工艺制备成片式压敏电阻器，即将材料经浆料配制、流延、叠压、成型、等静压、切割、排胶、烧结、倒角、喷涂、封端、电镀等，得到叠层片式压敏电阻器，其中流延的膜片厚度50μm，等静压压力32MPa并保压15min，烧结温度为850℃～925℃，升温速率为1～2℃/min，保温时间为4～8h。本专利技术压敏电阻材料配方比例合理，可实现低温烧结，对ZnO-Bi2O3基低温烧结压敏电阻材料，通过Ta2O5的添加，阻止了ZnO压敏电阻材料晶粒异常生长，晶粒生长更均匀，提高晶界稳定性，并提高了材料的烧结致密性；另外，Ta离子作为施主离子掺杂，压敏电阻的晶界势垒得到提高，势垒厚度变窄，从而起到提高非线性、减小漏电流的作用。BBSZ玻璃的加入，通过液相烧结机理加速了传质过程，进一步提高了材料的烧结致密度、降低了材料的烧结温度。由此材料通过叠层片式电容器生产制造工艺制备的片式压敏电阻器，其具有高稳定的压敏特性，烧结温度低(850℃～925℃)，且非线性系数高(≥86.26)、漏电流小，具有良好的应用前景。综上所述，本专利技术在具有低温烧结特性的ZnO-Bi2O3基低温烧结压敏电阻材料基础上添加Ta2O5与硼硅锌铋玻璃(BBSZ)，使压敏电阻材料实现低温烧结，并且晶粒尺寸一致性、晶界均匀性、晶界稳定性及烧结致密性得到提高，从而为获得具有高性能的叠层片式压敏电阻器提供了基础。附图说明图1为片式压敏电阻器制备工艺流程图；图2为实施例1的片式压敏电阻器截面扫描电镜照片；图3为实施例2的片式压敏电阻器截面扫描电镜照片；图4为实施例3的片式压敏电阻器截面扫描电镜照片；图5为实施例4的片式压敏电阻器截面扫描电镜照片。具体实施方式实施例1：(1)采用下述原料组成成分及其含量配制材料：表1：实施例1配方表(单位：mol)ZnOBi2O3Co3O4MnCO3Sb2O3Cr2O3MgOSiO2BBSZTa2O595.060.680.150.491.450.291.100.580.710(2)按表1配方比例称取原料，将原料经球磨混合、烘干、粉碎过筛制得高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料，再按叠层片式电容器生产制造工艺制备成片式压敏电阻器，即将压敏电阻材料经浆料配制、流延、叠压、成型、等静压、切割、排胶、烧结、倒角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料，其特征在于：在ZnO‑Bi2O3基低温烧结压敏电阻材料中添加Ta2O5与硼硅锌铋玻璃BBSZ，用料量Ta2O5：BBSZ：ZnO‑Bi2O3基的摩尔比为0.02～0.50：0.60～0.88：100.00～100.60；其中ZnO‑Bi2O3基包括Bi2O3、Co3O4、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、MgO、SiO2，用料量ZnO：Bi2O3：Co3O4：MnCO3：Sb2O3：Cr2O3：MgO：SiO2的摩尔比为94.70～95.80：0.58～0.72：0.11～0.19：0.38～0.58：0.88～2.10：0.24～0.39：0.30～1.10：0.40～0.72；将上述原料经球磨混合、烘干、粉碎过筛即可制得高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料。

【技术特征摘要】
1.一种高性能低温烧结叠层片式压敏电阻材料，其特征在于：在ZnO-Bi2O3基低温烧结压敏电阻材料中添加Ta2O5与硼硅锌铋玻璃BBSZ，用料量Ta2O5：BBSZ：ZnO-Bi2O3基的摩尔比为0.02～0.50：0.60～0.88：100.00～100.60；其中ZnO-Bi2O3基包括Bi2O3、Co3O4、MnCO3、Sb2O3、Cr2O3、MgO、SiO2，用料量ZnO：Bi2O3：Co3O4：MnCO3：Sb2O3：Cr2O3：MgO：SiO2的摩尔比为94.70～95.80：0.58～0.72：0.11～0.19：0.38～0.58：0.88～2.10：0.24～0.39：0.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元勋，陆永成，彭睿，陶志华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51