掺杂TIOSUB2/SUB低压压敏陶瓷及制作方法.pdf

本发明公开了一种掺杂TiO2低压压敏陶瓷，其以分析纯TiO2为主体，以Ta2O5为半导化掺杂物，SrCO3为受主掺杂物，并掺入适量的Bi2O3、SiO2作助烧剂烧结而成。本发明的特点在于：以Ta2O5代替Nb2O5等5价金属氧化物作为半导化掺杂物，可使TiO2为基的压敏陶瓷具有更低的压敏电压和更高的介电系数；改变受主SrCO3的掺杂量，可以调节该材料的相关电性能参数；与SrTiO3系低压压敏陶瓷相比，工艺、设备都相对简单，成本降低。本发明所制得的陶瓷材料的视在介电系数ε一般可达105以上，E10mA一般为1－10V/mm，α的值可达到3.0以上，其性能参数可以通过调整组成和烧结条件而有所变化。

1.  一种掺杂TiO₂低压压敏陶瓷，其特征在于：组成配方由以下原料按净值摩尔比计算：
主体              TiO₂         1
半导化掺杂物质    Ta₂O₅       0.0005～0.0010
助烧剂            Bi₂O₃       0.001～0.005
助烧剂            SiO₂         0.005～0.015
受主掺杂物质      SrCO₃        0.005～0.012

2.  一种掺杂TiO₂低压压敏陶瓷的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：按照权利要求1所述的组成配方进行配料—球磨—干燥—预烧—球磨—干燥—造粒—干压成型—烧结。

3.  根据权利要求2所述的掺杂TiO₂低压压敏陶瓷的制作方法，其特征在于：所述烧结的烧结温度为1200-1300℃。

4.  根据权利要求2所述的掺杂TiO₂低压压敏陶瓷的制作方法，其特征在于：所述的烧结采用同成份粉料掩埋烧结工艺。

掺杂TiO₂低压压敏陶瓷及制作方法
技术领域
本发明属于电子元器件材料领域，特别涉及一种掺杂TiO₂低压压敏陶瓷。
背景技术
对于低压电器的过电压及电磁干扰的保护，可以借助于一种具有较大电容量的压敏电阻元件。压敏电阻的电流-电压特性一般表示为：
I = ( V C ) a ]]>
式中I为电流，V为器件电压，C为材料常数，α为非线性系数，α＝1时元件为固定电阻。在工程技术上，非线性系数被定义为：
α = log ( I 2 / I 1 ) log ( V 2 / V 1 ) ]]>或 α = log ( J 2 / J 1 ) log ( E 2 / E 1 ) ]]>
对于ZnO压敏电阻一般用前式，式中V₁、V₂为流经电流为I₁、I₂时样品的端电压，且定义I₁、I₂分别为0.1mA和1mA；而对于非ZnO压敏电阻用后式，且定义流经电流密度J₁、J₂分别为1mA/cm²和10mA/cm²时样品的场强为E₁、E₂。一般V₂和E₂统称为压敏电压，其中E₂又记作E₁₀(或E_10mA)。此外，对于抗高频电干扰的应用，介电系数也是一个重要的指标参数，高的介电系数才能保证大的极间电容。
例如在微型直流电机电刷火花的防护的应用中，广泛使用一种环形压敏电阻器，目前所使用的材料一般为掺杂SrTiO₃或ZnO压敏陶瓷。但是，ZnO压敏陶瓷的压敏电压较高，而且介电系数很小，抗高频电磁干扰的能力差；而SrTiO₃压敏陶瓷元件必须在还原性气氛中烧成，然后在氧化性气氛中氧化，制作工艺复杂，成本高，而且这类表面型元件的压敏电压调整困难，不利于产品的系列化。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种适用于低电压并具有高介电系数值的，制作工艺简单的掺杂TiO₂低压压敏陶瓷。
本发明地另一个目的是提供一种掺杂TiO₂低压压敏陶瓷的制作方法。
本发明的目的是这样实现的：一种掺杂TiO₂低压压敏陶瓷，其特征在于：组成配方由以下原料按净值摩尔比计算：
主体TiO₂               1
半导化掺杂物Ta₂O₅     0.0005～0.0010
助烧剂Bi₂O₃           0.001～0.005
助烧剂SiO₂             0.005～0.015
受主掺杂物SrCO₃        0.005～0.012
一种掺杂TiO₂低压压敏陶瓷的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：按上述组成配方进行配料—球磨—干燥—预烧—球磨—干燥—造粒—干压成型—烧结。
本发明以分析纯TiO₂为主体，Ta₂O₅为半导化(施主)掺杂物，SrCO₃为受主掺杂物，再掺入适量的Bi₂O₃、SiO₂作助烧剂；采用传统的电子陶瓷制作工艺，只是烧结时采用同成份粉料掩埋烧结，烧结温度为1200～1300℃。与SrTiO₃系低压压敏陶瓷相比，工艺、设备都相对简单，成本降低。而且，所制得的陶瓷材料的视在介电系数一般可达105以上，E_10mA一般为1-10V/mm，α的值可达到3.0以上。
具体实施方式
本发明的一种掺杂TiO₂低压压敏陶瓷，其原料为TiO₂、Ta₂O₅、Bi₂O₃、SiO₂和SrCO₃，其组成配比由以下原料按净值摩尔比计算：TiO₂(1)：Ta₂O₅(0.0005～0.0010)：Bi₂O₃(0.001～0.005)：SiO₂(0.005～0.015)：SrCO₃(0.005～0.012)，可根据要求在本发明范围内适当变化。
首先按摩尔比计算和称取各原料；然后加去离子水或蒸馏水在行星式球磨机上进行球磨混料2～6小时，烘干后在900～1100℃温度下预烧1～2小时，预烧有利于降低压敏电压和增大视在介电系数；预烧后的料再次加去离子水或蒸馏水在行星式球磨机上球磨粉碎2～6小时，烘干，过筛，造粒，干压成型；成型后坯片叠放于刚玉坩埚内，采用掩埋烧结技术(用造粒过的同成份粉料将样片掩埋，刚玉坩埚加盖呈半开口状)，在1200-1300℃烧结1～3小时，即制成本发明所述陶瓷。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的范围不限于这些特定例子。
实施例1：
配制时各组分摩尔比(净值)为TiO₂(1)∶Ta₂O₅(0.00075)∶Bi₂O₃(0.003)∶SiO₂(0.01)∶SrCO₃(0.008、0.010或0.012)。
制作步骤：首先按上述摩尔比计算和称取各原料；然后用蒸馏水进行湿式球磨混料4小时；混料后烘干，在1000℃预烧1小时；再次用蒸馏水进行湿式球磨4小时，干燥后过筛、造粒，干压成型为φ12×1.1mm的样片；成型后样片叠放于刚玉坩埚内，采用埋烧的方法在1250℃烧结，保温2小时，即制成样品1～3。烧结后的样品尺寸为φ9×0.9mm的圆片样品，然后在样品的两端面烧制欧姆银电极，经测试其主要性能指标如表1所示。
表1  不同SrCO₃含量样品的主要性能参数