一種壓敏電阻材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]提供一種(BaxCa1J (TiyM1J O3-ZBiFeO^系壓敏陶瓷電阻材料，還涉及制備該壓敏陶瓷電阻材料的三種方法，屬于壓敏陶瓷電阻材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓敏半導(dǎo)體陶瓷是指電阻值與外加電壓成顯著非線性關(guān)系的半導(dǎo)體陶瓷，使用時加上電極后包封即成為壓敏電阻器。英文全名為Variable Resistor，簡稱Variable，故又稱為變阻器。因其優(yōu)良的電學(xué)非線性和較好的浪涌吸收能力，廣泛應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)中作為穩(wěn)壓元件和過壓保護元件。在電力避雷器、電機、有線電話交換機、硅整流器、彩色電視機、繼電保護用它吸收異常電壓，微型馬達用它吸收噪聲。
[0003]制造壓敏電阻器的半導(dǎo)體陶瓷材料有SiC、Zn0、BaTi03、Fe203、Sn02、SrT13等。其中BaT13、Fe2O3利用的是電極與燒結(jié)體界面的非歐姆特性，而SiC、ZnO、SrT1 3利用的是晶界非歐姆特性。目前應(yīng)用最廣、性能最好的是ZnO壓敏半導(dǎo)體陶瓷。
[0004]近年來，隨著電子儀器和裝置的輕、薄、短、小及多功能化的發(fā)展，陶瓷壓敏電阻器在大規(guī)模集成電路(LSI)和超大規(guī)模集成電路(SLSI)的計算機、電子儀器中作為保護元件的要求越來越高，目前的電阻器已不能滿足發(fā)展的需要，新型高性能大容量的電阻器和電阻材料受到廣泛的關(guān)注，壓敏電阻材料和壓敏電阻是其中一個重要的研宄方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種壓敏陶瓷電阻材料，其組成由以下通式表示:(BaxCa1J(TiyMpy) O3-ZBiFeO3，通式中M為Zr和Sn元素中的一種，x的取值為O彡x彡1，y的取值為O彡y彡1，z的取值為0.1彡z彡I。本發(fā)明的壓電陶瓷材料，M選自Zr時，x優(yōu)選為0.75-0.85，y優(yōu)選為0.9-0.95，z優(yōu)選為0.1-0.2。當(dāng)M選自Sn時，x優(yōu)選自0.7-1，y優(yōu)選自 0.8-0.9，z 優(yōu)選自 0.3-0.6。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種(BaxCa1J (TiyM1J O3-ZBiFeO3體系壓敏陶瓷電阻材料，制備方法為固相合成法、水熱法、液相混合與固相燒結(jié)結(jié)合法。本發(fā)明制備工藝簡單，所制備的壓敏陶瓷電阻材料具有較好的壓敏性能且能量密度大，非線性系數(shù)高，綠色環(huán)保。
[0007]本發(fā)明提供了上述(BaxCa1J (TiyM1JO3-ZBiFeO3體系壓敏陶瓷電阻材料的制備方法，
[0008]方法一:固相合成法，包括以下步驟:
[0009]步驟一:按照通式(BaxCa1J (TiyM^y) O3-ZBiFeO3中的化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱取原料BaCO3> CaCO3> T12、MO2、Bi2O3和Fe 203，放入球磨罐中，加入無水乙醇，混合并球磨。
[0010]步驟二:將球磨后的混合料烘干后進行第一次預(yù)燒。
[0011]步驟三:將第一次預(yù)燒后的粉末加入無水乙醇進行球磨。
[0012]步驟四:將球磨后的混合料烘干后進行第二次預(yù)燒。
[0013]步驟五:將第二次預(yù)燒后的粉末加入無水乙醇進行球磨，而后將得到的混合料烘干后過篩；在過篩后的混合料中加入粘結(jié)劑再次研磨，使二者充分的均勻混合后，進行第二次過篩。
[0014]步驟六:將過篩完成后的混合料進行陳化處理12小時以上，讓粘結(jié)劑與粉體充分混合，壓制成陶瓷胚片，并進行排塑處理。
[0015]步驟七:將排塑處理后的陶瓷胚片進行煅燒，隨后冷卻至室溫。
[0016]步驟八:將冷卻后的陶瓷胚片進行兩面拋光、披銀電極，得到壓敏陶瓷電阻材料。
[0017]方法二:水熱法，包括以下步驟:
[0018]步驟一:按照通式(BaxCa1J (TiyM1J O3-ZBiFeO3中的化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱取原料，將BaCl2、CaCl2、ZrOCl2 (SnCl4) ,Bi (NO3) 3和Fe (NO 3) 3分別溶于水中至完全溶解，而后將其混合，攪拌保持其澄清；在澄清溶液中依次加入TiClJP NaOH，得到前驅(qū)體。
[0019]步驟二:將前驅(qū)體進行水熱反應(yīng)，冷卻后得到(BaxCa1J (TiyM1J O3-ZBiFeCV混合粉體。
[0020]步驟三:將混合粉體經(jīng)洗滌、沉淀后烘干過篩；在過篩后的混合料中加入粘結(jié)劑再次研磨，使二者充分的均勻混合后，進行第二次過篩。
[0021]步驟四:將過篩完成后的混合料進行陳化處理12小時以上，讓粘結(jié)劑與粉體充分混合，壓制成陶瓷胚片，并進行排塑處理。
[0022]步驟五:將排塑處理后的陶瓷胚片進行煅燒，隨后冷卻至室溫。
[0023]步驟六:將冷卻后的陶瓷胚片進行兩面拋光、披銀電極，得到壓敏陶瓷電阻材料。
[0024]方法三:液相混合與固相燒結(jié)結(jié)合法，包括以下步驟:
[0025]步驟一:按照通式(BaxCa1J (TiyM1JO3-ZBiFeO3中的化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱取原料。
[0026]步驟二:將稱量好的Ba (CH3COO) 2及Ca (CH 3C00) 2分別在燒杯中配制為澄清溶液而后混合，攪拌保持其澄清；在澄清溶液中依次加入Ti02、MO2, Bi (NO3)3和Fe 203、一水合檸檬酸。
[0027]步驟三:將混合后的溶液置于磁力攪拌臺上加熱攪拌直至蒸干水分，而后放置于烘箱中加熱烘干，混合料部分碳化變色；從烘箱中取出后用藥匙和刷子將混合料從燒杯中小心刮下，在研缽中研碎磨細(xì)。
[0028]步驟四:將混合料置于氧化鋁坩禍中，熱處理清除殘余的有機物。
[0029]步驟五:將熱處理后的混合料從坩禍中取出置于研缽中研細(xì)，然后再次放進坩禍中，開始第一次預(yù)燒。
[0030]步驟六:將第一次預(yù)燒后的粉末加入無水乙醇進行球磨。
[0031]步驟七:將球磨后的混合料烘干后進行第二次預(yù)燒。
[0032]步驟八:將第二次預(yù)燒后的粉末加入無水乙醇進行球磨，而后將得到的混合料烘干后過篩；在過篩后的混合料中加入粘結(jié)劑再次研磨，使二者充分的均勻混合后，進行第二次過篩。
[0033]步驟九:將過篩完成后的混合料進行陳化處理12小時以上，讓粘結(jié)劑與粉體充分混合，壓制成陶瓷胚片，并進行排塑處理。
[0034]步驟十:將排塑處理后的陶瓷胚片進行煅燒，隨后冷卻至室溫。
[0035]步驟十一:將冷卻后的陶瓷胚片進行兩面拋光、披銀電極，得到壓敏陶瓷電阻材料。
【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合具體實施例說明本發(fā)明的技術(shù)方案和效果。
[0037]實施例1
[0038]本實例提供了一種(BaxCa1J (TiyM^y) O3-ZBiFeO3體系壓敏陶瓷電阻材料，其組成如下式表示:(Ba0.85Ca0.15) (Tia9Zrai)O3-0.1BiFeO3，其中 M 為 Zr，x 的取值為 0.85, y 的取值為0.90，z的取值為0.1o
[0039]本實施例中(Baa85Caai5) (Tia9Zrai)O3-0.川1?603體系壓敏陶瓷電阻材料的制備方法，具體步驟如下:
[0040]步驟一:按照通式Oaa85Caai5) (Tia9Zrai)O3-0.1BiFeOjWt學(xué)計量比精確計算并準(zhǔn)確稱量BaC03、CaC03、Ti02、Zr02、Bi203和Fe 203，放入球磨罐中，加入無水乙醇，在球磨速率為400r/min下球磨10小時。
[0041]步驟二:將球磨后的混合料置于烘箱中在溫度80°C烘干，然后以3°C /min的升溫速率升至1100°C，保持該溫度煅燒8小時后，隨爐自然降溫至室溫。
[0042]步驟三:將第一次預(yù)燒后的粉末加入無水乙醇，在球磨速率為400r/min下球磨10小時。
[0043]步驟四:將球磨后的混合料置于烘箱中在溫度80°C烘干，然后以3°C /min的升溫速率升至1100°C，保持該溫度煅燒8小時后，隨爐自然降溫至室溫。
[0044]步驟五:將第二次預(yù)燒后的粉末加入無水乙醇，在球磨速率為40