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本文对低温烧结多层片式ZnO压敏电阻器的瓷料组成、电极材料、制造工艺及其性能进行了研究。
利用化学共沉淀法制备复合粉体。以氨水及碳酸氢铵溶液为沉淀剂,使得溶胶的聚沉能力降低,有效防止沉淀颗粒过分长大。严格控制PH在10±0.2范围内,得到高沉淀率共沉淀物。沉淀物中加入正戊醇进行共沸蒸馏,使粉体颗粒表面的羟基被正戊醇基取代,有效地防止其在随后胶体干燥过程的团聚和煅烧过程的结团。利用此方法制备的粉体颗粒大小均匀,粒径约为60nm。可在880℃下烧结制得性能优良的压敏电阻器。
掺入适量的Sb2O3、TiO2、B2O3、SiO2及其它微量添加剂,摒弃铅、镉等有害物质,可在950℃低温烧结出性能优良的圆片ZnO压敏电阻器。掺入适量的TiO2使烧结过程中在较低温度下形成液相,促进传质和离子扩散。同时掺入适量的B2O3、SiO2等氧化物,不仅可以进一步降低烧结温度,同时也改善电压非线性,降低漏电流。采用流延成型后,由于有效层的瓷体厚度比较薄,相同配方的ZnOMLCV可在更低的温度880℃烧成。
本研究在880℃烧结而得的ZnOMLCV无需热处理。瓷体中富Bi相主要以γ-Bi2O3相形式存在,及B2O3、SiO2的掺入均改善了低温烧成的ZnOMLCV的长期电负荷作用下工作的稳定性,而无需热处理。
以高银低钯材料为内电极,并在瓷料中掺入微量硝酸铝,可于880℃共烧制备出性能优良的ZnOMLCV,从而显著地降低生产成本。内电极与瓷料共烧结过程中,Ag离子扩散进入ZnO晶格,形成填隙式固溶体,Ag离子起受主态作用,受主态与部分施主态的复合,降低了有效施主浓度。且随内电极含Ag量增加,晶粒电阻显著增大。瓷料中掺入微量硝酸铝,铝离子进入ZnO晶格起施主态作用,增大了有效施主浓度,降低晶粒电阻率,弥补Ag离子扩散造成的性能劣化。
在流延浆料的制备过程中,磷酸脂在极性溶液中表现为阴离子型表面活性剂,兼有离子排斥和空间位阻两种分散作用,其分散效果优于三甘油酸甘油酯,对于ZnO压敏复合粉体具有较强的分散作用。
由于压敏电阻器用电极浆料要求近似欧姆接触,因此不宜通过采用添加陶瓷粉来改善烧成的不匹配。采用低温烧结配方并掺入适量胶粘剂的工艺技术,可改善共烧过程ZnO压敏陶瓷层与内电极层的在烧成不匹配,制得性能优良的ZnOMLCV。
低温烧成的ZnOMLCV的表观介电常数为470。在-55℃~125℃温度范围内,电容量的变化率小于±15%;电容量频率特性与传统高温烧结的圆片引线式ZnO压敏电阻器的电容量频率特性类似。
低温烧结的ZnOMLCV具有相当高的电性能可靠性。在-55℃~125℃温度范围内,压敏电压温度系数远小于0.1%/℃具有很好的高温负荷稳定性和抗湿热性、很强的抗热冲击能力。经过静电放电(ESD)测试,低温烧结ZnOMLCV的压敏电压变化率小于±10%,可用于ESD的防护。
本研究的ZnOMLCV产品已批量生产,并于2004年底通过验收。