一种低电阻率的氧化锌压敏电阻及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，特别涉及一种低电阻率的氧化锌压敏电阻及其制备方法。

背景技术

氧化锌压敏电阻是以氧化锌ZnO为主要原料,添加了少量的氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、氧化铋Bi2O3等,采用烧结工艺制得到；其中氧化锌压敏电阻的导通过程可以分为三个阶段：小电流区、中电流区和大电流区，小电流区被定义为预击穿区，该区域内晶界呈现出高阻状态，中电流区为非线性电阻区，此区域电流急剧增大而电压增加缓慢，此区域I-V特性由ZnO晶粒与ZnO晶界共同影响而决定，大电流区域为欧姆特性区，其性能主要由ZnO晶粒电阻决定。不论是在中电流区还是大电流区，ZnO晶粒电阻都影响I-V特性。要降低氧化锌压敏电阻的残压，必须降低氧化锌压敏电阻的电阻率。

现有的技术中大多采用铝离子作为施主离子添加到氧化锌压敏电阻的制备材料中，但是若铝离子添加过少，氧化锌压敏电阻的电阻率降低并不明显，若铝离子添加过多，会使得氧化锌压敏电阻的泄漏电流急剧增大，非线性系数下降过多，而不能够达到工业应用的需求。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种低电阻率的氧化锌压敏电阻及其制备方法，通过添加氧化铟能够有效降低氧化锌压敏电阻的电阻率，提高氧化锌压敏电阻的保护水平。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法，包括如下步骤：

在制备原料中加入去离子水进行砂磨处理后得到辅助添加浆料，其中，所述制备原料包括氧化钴、三氧化二锑、四氧化三锰、氧化铟、氧化铋、三氧化二镍、硝酸铝和硝酸银；

在所述辅助添加浆料中添加氧化锌搅拌后得到粉体浆料；

将所述粉体浆料进行造粒处理后得到粉体；

将所述粉体进行压片成型处理后得到氧化锌压敏坯片；

将所述氧化锌压敏坯片进行烧结处理后得到氧化锌压敏电阻。

所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中，所述在制备原料中加入去离子水进行砂磨处理后得到辅助添加浆料，其中，所述制备原料包括氧化钴、三氧化二锑、四氧化三锰、氧化铟、氧化铋、三氧化二镍、硝酸铝和硝酸银的步骤包括：

在制备原料中加入去离子水进行砂磨处理2h-3h后得到辅助添加浆料，其中，所述制备原料包括氧化钴、三氧化二锑、四氧化三锰、氧化铟、氧化铋、三氧化二镍、硝酸铝和硝酸银，且所述氧化钴、三氧化二锑、四氧化三锰、氧化铟、氧化铋、三氧化二镍、硝酸铝和硝酸银的摩尔分数分别为2.85％、5.92％、4.14％、1.2％、0.76％、0.55％、0.2％、0.1％、0.1％。

所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中，所述氧化锌的摩尔分数为84.18％。

所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中，所述将所述氧化锌压敏坯片进行烧结处理得到氧化锌压敏电阻的步骤包括：采用290℃/H-310℃/H的升温速度进行烧结，且当升温至1180℃-1220℃时，将所述氧化锌压敏坯片保温3h-4h得到氧化锌压敏电阻。

所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中，所述将所述粉体浆料进行造粒处理后得到粉体的步骤包括：

将所述粉体浆料进行离心喷雾处理后得到雾状液滴；

将所述雾状液滴进行干燥后得到粉体。

所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中，所述粉体的粒径为0.1mm-0.2mm。

所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中，所述氧化锌压敏坯片的厚度为6mm。

一种低电阻率的氧化锌压敏电阻，采用如上所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法制备得到。

所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻中，所述氧化锌压敏电阻的配方成分包括氧化锌、氧化钴、三氧化二锑、四氧化三锰、氧化铟、氧化铋、三氧化二镍、硝酸铝和硝酸银。

所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻中，所述氧化锌、氧化钴、三氧化二锑、四氧化三锰、氧化铟、氧化铋、三氧化二镍、硝酸铝和硝酸银的摩尔分数分别为84.18％、2.85％、5.92％、4.14％、1.2％、0.76％、0.55％、0.2％、0.1％、0.1％。

相较于现有技术，本发明提供的一种低电阻率的氧化锌压敏电阻及其制备方法，其中，所述低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法通过在制备原料中加入去离子水进行砂磨处理后得到辅助添加浆料，其中，所述制备原料包括氧化钴、三氧化二锑、四氧化三锰、氧化铟、氧化铋、三氧化二镍、硝酸铝和硝酸银；之后，在所述辅助添加浆料中添加氧化锌搅拌后得到粉体浆料；再将所述粉体浆料进行造粒处理后得到粉体；然后将所述粉体进行压片成型处理后得到氧化锌压敏坯片；最后，将所述氧化锌压敏坯片进行烧结处理后得到氧化锌压敏电阻，由于，所述氧化铟具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性，通过在制备辅助添加浆料时添加有氧化铟，能够使得氧化锌晶粒的带隙宽度增大，自由电子或空穴增多，进而降低氧化锌压敏电阻的电阻率，提高氧化锌压敏电阻的保护水平。

附图说明

图1为本发明提供的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法的流程图。

图2为本发明提供的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中步骤S300的流程图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种低电阻率的氧化锌压敏电阻及其制备方法，通过添加氧化铟能够有效降低氧化锌压敏电阻的电阻率，提高氧化锌压敏电阻的保护水平。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法包括如下步骤：

S100、在制备原料中加入去离子水进行砂磨处理后得到辅助添加浆料，其中，所述制备原料包括氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铟In2O3、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3；

S200、在所述辅助添加浆料中添加氧化锌搅拌后得到粉体浆料；

S300、将所述粉体浆料进行造粒处理后得到粉体；

S400、将所述粉体进行压片成型处理后得到氧化锌压敏坯片；

S500、将所述氧化锌压敏坯片进行烧结处理后得到氧化锌压敏电阻。

本发明在制备低电阻率的氧化锌压敏电阻时，首先配制辅助添加浆料，具体为先将少量的制备原料放入砂磨机中进行高速砂磨，再在辅助添加浆料中添加氧化锌充分搅拌均匀后得到粉体浆料，在配制的粉体浆料时，要按照先少量加入再大量加入的顺序进行，从而有利于不同配比不同比重的添加物的分散和细化，使得配制得到的粉体浆料更加均匀；之后，将所述粉体浆料进行造粒处理后得到粉体，将所述粉体压片成型处理后得到氧化锌压敏坯片，最后将所述氧化锌压敏坯片进行烧结处理后得到氧化锌压敏电阻，其中，所述制备原料则包括氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铟In2O3、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3；，所述氧化铟In2O3为一种新的n型透明半导体功能材料，是一种无级化工产品，可用作光谱纯试剂和电子元件的材料等，所述氧化铟In2O3具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性，通过在制备辅助添加浆料时添加有氧化铟In2O3，能够使得氧化锌晶粒的带隙宽度增大，自由电子或空穴增多，进而降低氧化锌压敏电阻的电阻率，提高氧化锌压敏电阻的保护水平。

具体实施时，本发明的步骤S100包括：在制备原料中加入去离子水进行砂磨处理2h-3h后得到辅助添加浆料，其中，所述制备原料包括氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铟In2O3、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3，且所述氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铟In2O3、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3的摩尔分数分别为2.85％、5.92％、4.14％、1.2％、0.76％、0.55％、0.2％、0.1％、0.1％。

在制备辅助添加浆料时，先将所述制备原料放入砂磨机中进行高速砂磨，优选地，本实施例中所述砂磨机的磨介物的球径为0.8mm；此砂磨过程为加水砂磨，且加入砂磨的水为去离子水，砂磨的时间为2h-3h，进而得到辅助添加浆料，其中，所述制备原料包括氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铟In2O3、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3；本实施例中所述氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铟In2O3、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3的摩尔分数分别为2.85％、5.92％、4.14％、1.2％、0.76％、0.55％、0.2％、0.1％、0.1％，辅助添加浆料中添加的氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3的总质量是添加氧化铟In2O3的质量的0.1％-0.2％；进一步地，在制备得到的辅助添加浆料中添加氧化锌得到所述粉体浆料，优选地，所述氧化锌的摩尔分数为84.18％；所述粉体浆料中添加的氧化铟In2O3的质量是所述氧化锌的质量的3％-4％，即通过添加氧化铟In2O3，在制得的氧化锌压敏电阻后可有效的降低氧化锌压敏电阻的电阻率，提高氧化锌压敏电阻的保护水平。

进一步地，请参阅图2，本发明提供的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中，所述步骤S300包括：

S310、将所述粉体浆料进行离心喷雾处理后得到雾状液滴；

S320、将所述雾状液滴进行干燥后得到粉体。

具体地，本实施例中将所述粉体浆料送至干燥塔的顶部，通过离心雾化处理即利用高速转动的雾化器喷成雾状液滴，优选地，本实施例中转速为3000转/min；同时，所述干燥塔的顶部导入热风，热风的温度为400℃，对应地，所述粉体浆料的干燥温度为400℃，雾状液滴群的表面积很大，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥的粉体；而与雾状液滴接触后的热风从干燥塔底排出时温度会显著降低，湿度增大，变成水蒸气由排风机抽出，之后利用旋风分离装置回收干燥的粉体，优选地，所述粉体的粒径为0.1mm-0.2mm，将搅拌的很均匀的粉体浆料，经过高温干燥，进而得到流动性较好的较粗的颗粒状粉体，以便于后续对所述粉体进行压片成型处理得到所述氧化锌压敏坯片。

进一步地，利用压片机将所述粉体进行压片成型处理得到氧化锌压敏坯片，由于氧化锌压敏电阻存在不同的规格，因此在压片成型处理时，会选择不同的模具来压制不同规格的氧化锌压敏坯片，优选地，本实施例中采用40mm*40mm的方形模具进行压制，当然，还可以利用其他类型的模具的进行压制，本发明对此不作限定。

进一步优选地，本实施例中所述氧化锌压敏电阻坯片的厚度为6mm，通过将所述粉体进行压片成型后，以便于后续的烧结处理得到氧化锌压敏电阻。

进一步地，本发明提供的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法中，所述步骤S500包括：采用290℃/H-310℃/H的升温速度进行烧结，且当升温至1180℃-1220℃时，将所述氧化锌压敏坯片保温3h-4h得到氧化锌压敏电阻。

其中，烧结过程是将成型的坯体在高温的作用下致密化，完成预期的物理反应和化学反应，进而达到所要求的物理性能的群过程。本发明中则是将所述氧化锌压敏电阻进行在高温下致密化，得到高致密度的压敏电阻。在烧结的过程中，若快速的升温速度即升温速度大于300℃/H时，会造成氧化锌压敏电阻坯片的变形，为了控制氧化锌压敏电阻坯片的变形系数，现有技术中一般将升温的速度控制在150℃/H以内，本发明为了保证达到预期效果，将升温的速度设置为290℃/H-310℃/H，当升温至1180℃-1220℃时，则将所述氧化锌压敏坯片保温3h-4h，最终得到氧化锌压敏电阻，由于在制备原料中添加了氧化铟In2O3，依据氧化铟In2O3的属性，进而实现了低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备。

进一步地，在将所述氧化锌压敏坯片进行烧结处理后得到氧化锌压敏电阻的步骤之前还包括：在所述氧化锌压敏电阻坯片的表面放置氧化锆片；本发明为解决氧化锌压敏坯片在烧结过程中变形的问题，通过增加氧化锌压敏电坯片的厚度，在每一个氧化锌压敏电阻坯片的上方放上与氧化锌压敏电阻坯片同样规格的氧化锆片，优选地，增加的厚度为氧化锌压敏电坯片本身厚度的25％-30％，进而有效的解决了因温升过快导致所述氧化锌压敏电阻坯片变形的问题，与此同时还能够有效提高氧化锌压敏电阻致密性。

本发明还相应提供一种低电阻率的氧化锌压敏电阻，所述低电阻率的氧化锌压敏电阻采用如上所述的低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法制备得到，由于上文已对所述低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法进行了详细描述，此处不作详述。

进一步地，所述低电阻率的氧化锌压敏电阻的配方成分包括氧化锌、氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铟In2O3、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3；，优选地，所述氧化锌、氧化钴Co3O4、三氧化二锑Sb2O3、四氧化三锰Mn3O4、氧化铟In2O3、氧化铋B2O3、三氧化二镍Ni2O3、硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和硝酸银AgNO3；的摩尔分数分别为84.18％、2.85％、5.92％、4.14％、1.2％、0.76％、0.55％、0.2％、0.1％、0.1％，由于所述氧化铟In2O3具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性，通过添加氧化铟In2O3，能够使得氧化锌晶粒的带隙宽度增大，自由电子或空穴增多，进而降低氧化锌压敏电阻的电阻率，提高氧化锌压敏电阻的保护水平，同时，当所述低电阻率的氧化锌压敏电阻在实际应用中也可有效提高浪涌保护器的安全系数。

综上所述，本发明提供的低电阻率的氧化锌压敏电阻及其制备方法，其中，所述低电阻率的氧化锌压敏电阻的制备方法通过在制备原料中加入去离子水进行砂磨处理后得到辅助添加浆料，其中，所述制备原料包括氧化钴、三氧化二锑、四氧化三锰、氧化铟、氧化铋、三氧化二镍、硝酸铝和硝酸银；之后，在所述辅助添加浆料中添加氧化锌搅拌后得到粉体浆料；再将所述粉体浆料进行造粒处理后得到粉体；然后将所述粉体进行压片成型处理后得到氧化锌压敏坯片；最后，将所述氧化锌压敏坯片进行烧结处理后得到氧化锌压敏电阻，通过添加氧化铟能够有效降低氧化锌压敏电阻的电阻率，提高氧化锌压敏电阻的保护水平。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。