电压依赖性非线性电阻器陶瓷制造技术

一种电压依赖性非线性电阻器陶瓷组合物，其基本组成为：（１）一种氧化物，其分子式为：｛Ｓｒ↓［（１－ｘ－ｙ］）Ｂａ↓［ｘ］Ｃａ↓［ｙ］｝↓［ｚ］ＴｉＯ↓［３］，其中，０．３＜ｘ≤０．９，０．１≤ｙ≤０．５，ｘ＋ｙ≤１，和０．８４＜ｚ＜１．１６，（２）０．００１－５．０００ｍｏｌ％的至少一种选自由铌、钽、钨、锰和Ｒ（其中Ｒ选自钇和镧系元素）的氧化物组成的组中的氧化物，（３）０．００１－５．０００ｍｏｌ％的ＳｉＯ↓［２］，和（４）０．００１－５．０００ｍｏｌ％的ＭｇＯ。当通过改变再氧化温度而不改变组成来控制所说的非线性电阻器的转折电压时，可以在较宽的非线性电阻器的转折电压范围内得到满意的非线性指数α。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电压依赖性非线性电阻器，通常称为非线性电阻器。更具体地，涉及一种用于非线性电阻器的陶瓷组合物，其主要组分为锶，钡，钙和钛。非线性电阻器是其电阻随外加电压的变化按非线性关系变化的电阻元件，更具体地，是当外加电压超过一定值时，其电阻突然降低的电阻元件。为了提供或除去电子设备中产生的非正常的电压和噪音，常在电子设备中使用各种非线性电阻器。例如，基于锶和钛的非线性电阻器，除了有非线性变化的电阻外，还有电容器功能，足够用于提供或除去非正常电压和噪音。然而，这些非线性电阻器存在电阻突然降低的非线性电阻器的转折电压随温度升高而降低的问题。因此，环境温度的升高或自身放热可能引起所说的非线性电阻器产生过电流或热击穿。作为一种主要组分为锶、钡、钙和钛的非线性电阻器，在JP-A45559/1991中提出了一种解决方法。由于温度升高时，所说的非线性电阻器的转折电压升高或基本保持不变，这种非线性电阻器抑制了由环境温度升高或自身发热导致的潜在的过电流和热击穿。所说的非线性电阻器的制备方法包括热处理一种烧结的半导体陶瓷使其再氧化。通过合适地确定所说的热处理温度，获得表现出理想的非线性电阻器的转折电压的非线性电阻器。因此，通过在不同温度下进行热处理，可以从普通的半导体陶瓷材料得到具有不同非线性电阻器的转折电压的非线性电阻器。用非线性指数α表示非线性电阻器的性能，非线性指数α一般用E10和E1表示为α＝1/log(E10/E1)E10是当流过所说的非线性电阻器的电流为10mA时在所说的非线性电阻器上的电压。E1为流过所说的非线性电阻器的电流为1mA时在所说的非线性电阻器上的电压。在从较宽电压范围内具有满意的非线性指数α的普通组成的非线性电阻器进行生产方面，上述的JP-A 45559/1991是不成功的。在一种例举的情况下，通过控制热处理温度制备非线性电阻器使得非线性电阻器的转折电压在2V和20V之间。一些半导体陶瓷材料在E10接近2V时，但不是接近20V时，可以提供满意的α。反过来，另一些半导体陶瓷材料在E10接近20V，而不是接近2V时，可以提供满意的α。因此，当需要通过在不同的水平上确定热处理温度在2V-20V范围内改变JP-A 45559/1991非线性电阻器的E10值时，必须提供许多不同的半导体陶瓷组合物。同时，由于E10对热处理温度的变化是敏感的，所以JP-A45559/1991的非线性电阻器是难以制造的，这表明为了得到目标的E10值，必须严格控制热处理温度。因此，本专利技术的一个目的是提供一种电压依赖性非线性电阻器陶瓷组合物，在通过改变热处理或再氧化温度而不改变组成来控制电阻突然降低的非线性电阻器的转折电压时，所说的组合物在较宽的非线性电阻器的转折电压范围内能保证满意的非线性指数α，其特点是非线性电阻器的转折电压对热处理温度变化的依赖性降低，而且热处理温度容易控制。根据本专利技术，提供了基本由下面定义的第一组分(1)到第四组分(4)组成的电压依赖性非线性电阻器陶瓷组合物。组分(1)是85～99.997mol％的一种氧化物，其分子式为{Sr(1-x-y)BaxCay}zTiO3其中，x，y和z代表摩尔比，0.3＜x≤0.9，0.1≤y≤0.5，x+y≤1，0.84＜z＜1.16。组分(2)是0.001-5.000mol％的至少一种氧化物，该氧化物选自由铌、钽、钨、锰和R(其中R选自钇和镧系元素)的氧化物(分别以Nb2O5，Ta2O5，WO3，MnO和R2O3计算)组成的组，当R是Pr时，上述的R2O3用R6O11代替，当R是Ce时，用RO2代替。组分(3)是0.001-5.000mol％的SiO2，组分(4)是0.001~5.000mol％的按MgO计算的氧化镁。在一个优选的实施例中，当E10在20℃时分别为2V、5V、10V和20V时，所说的组合物有非线性指数α2、α5、α10和α20，其中，α2至少为2.0、α5至少为3.0、α10至少为3.5、α20至少为4.0。参考下列的叙述和附图，本专利技术的这些特点和其它特点将会很清楚。附图说明图1是非线性电阻器的横断面示意图。图2表示用于测量在给定电流下非线性电阻器两端的电压的电路。图3是表示E10作为热处理或再氧化温度的函数的关系图。本专利技术的电压依赖性非线性电阻器陶瓷组合物基本由下面定义的第一组分(1)到第四组分(4)组成。第一组分是该组合物的主要组分，第二组分是提供半导体性的金属氧化物，第三组分提高α值并改善烧结性，第四组分提高非线性指数α并降低非线性电阻器的转折电压对热处理温度的依赖性。第一组分(1)是一种氧化物，其分子式为{Sr(1-x-y)BaxCay}zTiO3其中，x，y和z代表摩尔比，0.3＜x≤0.9，0.1≤y≤0.5，x+y≤1，0.84＜z＜1.16。其含量为85～99.997mol％。第二组分(2)是至少一种氧化物，该氧化物选自由铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、锰(Mn)和R(其中R选自钇和镧系元素)的氧化物组成的组。镧系元素包括La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb和Lu。第二种氧化物的含量是0.001-5.000mol％。该含量是当铌、钽、钨和锰的氧化物分别按Nb2O5，Ta2O5，WO3和MnO计算时给出的。R的氧化物分别按Y2O3，La2O3，CeO2，Pr6O11，Nd2O3，Sm2O3，Eu2O3，Gd2O3，Tb2O3，Dy2O3，Ho2O3，Er2O3，Tm2O3，Yb2O3和Lu2O3计算。第三组分(3)是SiO2，其含量为0.001-5.000mol％。第四组分是氧化镁，其含量按MgO计算为0.001-5.000mol％。组分(1)～(4)以上述量的加入保证了在较宽的非线性电阻器的转折电压范围内有满意的非线性指数α，并使热处理温度易于控制，从而导致了改进的生产率。虽然本专利技术的陶瓷组合物可能含有其它元素作为痕量添加剂和偶然混入的杂质，在前面的叙述中组分(1)～(4)的总量为100mol％。所说的这些其它元素包括Fe，Na，P，Al和K，它们一般以氧化物存在。本专利技术的陶瓷组合物是一种多晶材料，其晶粒为基于组分(1)的钙钛矿晶体。其它组分部分掺入钙钛矿晶体作为晶粒内固溶体，部分以氧化物或复合氧化物存在于晶界上。更具体地，Ba，Ca，Sr，Ti，Nb，Ta，Y和镧系元素常存在于晶粒内，而W，Mn，Si和Mg常存在于晶界上。通常，本专利技术的陶瓷组合物的平均晶粒尺寸约为1～10μm，特别是约为2～6μm。在本专利技术的实践中，本专利技术的陶瓷组合物从粉料通过混合，煅烧，球磨，压块，还原烧结和再氧化步骤制得。这里所用的粉料是对应于各组分的粉末状混合物。粉末原料可以是氧化物或烧成时能转变为氧化物的化合物，如碳酸盐和氢氧化物。例如，可用作组分(4)的原料包括MgCO3，MgTi2O5，MgTiO4，Mg2SiO4，MgSiO3，MgO，MgCl2，Mg(OH)2，Mg(NO3)2和醇盐(典型的是(CH3O)2Mg)等化合物。粉料的平均颗粒尺寸一般约为0.2-5μm.称重所说的粉料使所得的混合物最终可以在本专利技术的范围内形成组合物，然后湿混。该混合物经过脱水、干燥、并在约1080～1250℃煅烧2～4小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压依赖性非线性电阻器陶瓷组合物，其基本组成为：（１）８５～９９．９９７ｍｏｌ％的一种氧化物，其分子式为：其中，ｘ，ｙ和ｚ代表摩尔比，０．３＜ｘ≤０．９，０．１≤ｙ≤０．５，ｘ＋ｙ≤１，和０．８４＜ｚ＜１．１６，（２）０．００１－５．０００ｍｏｌ％的至少一种选自由铌、钽、钨、锰和Ｒ的氧化，代替，当Ｒ代替。，和计算的氧化镁。２、权利要求１的组合物，所说的组合物在２０℃下电流为１０ｍＡ时产生的电压Ｅ１０分别为２Ｖ，５Ｖ，１０Ｖ和２０Ｖ时具有非线性指数α２，α５，α１０和α２０，其特征在于，α２至少为２．０，α５至少为３．０，α１０至少为３．５，α２０至少为４．０。

【技术特征摘要】
JP 1995-7-21 185754/951.一种电压依赖性非线性电阻器陶瓷组合物，其基本组成为(1)85～99.997mol％的一种氧化物，其分子式为{Sr(1-x-y)BaxCay}zTiO3其中，x，y和z代表摩尔比，0.3＜x≤0.9，0.1≤y≤0.5，x+y≤1，和0.84＜z＜1.16，(2)0.001-5.000mol％的至少一种选自由铌、钽、钨、锰和R的氧化物组成的组中的氧化物，其中R选自钇和镧系元素，分别以N...

【专利技术属性】
技术研发人员：福田胜，小笠原正，丸井稔男，松冈大，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]