一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷、制备方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114349495A(43)申请公布日2022.04.15(21)申请号202210011125.9H01C7/12(2006.01)(22)申请日2022.01.06H01C17/00(2006.01)(71)申请人安徽工业大学地址243032安徽省马鞍山市湖东路59号申请人中机智能装备创新研究院（宁波）有限公司(72)发明人徐东姜明张雷孙华为刘娟李家茂(74)专利代理机构合肥昊晟德专利代理事务所(普通合伙)34153代理人王林(51)Int.Cl.C04B35/453(2006.01)C04B35/622(2006.01)H01C7/112(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图6页(54)发明名称一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷、制备方法及其应用(57)摘要本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷、制备方法及其应用，用闪烧法制备了稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷，在闪烧时，试样置于管式炉中，试样两端连接直流电源提供电场，以10℃/min的加热速率加热，当样品温度达到950℃时，保持15min后施加150V/cm～300V/cm的电场，初始预设电流为0.5A，当施加电场时，电流每5s增加0.5A直到达到限制电流2.5A，然后关闭直流电源，将样品冷却至室温得到这种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷，与常规烧结相比，这种快速烧结方法可将加工时间缩短15倍，解决了高温下较长的烧结时间会导致氧化锌压敏陶瓷晶粒异常生长，从而导致烧结样品的最终电学性能变差的问题。CN114349495ACN114349495A权利要求书1/2页1.一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将氧化物粉末混合物在含玛瑙球的乙醇中球磨24h，然后在80℃下干燥24h得到干燥粉末；S2：向步骤S1中得到的干燥粉末中加入粘合剂，在310MPa下保持2min，将混合粉末单轴压制成圆盘；S3：将步骤S2中得到的圆盘升温至500℃保温1h后冷却，以去除粘合剂得到试样；S4：将步骤S3中得到的试样置于管式炉，试样两端接直流电源提供电场，以10℃/min的加热速率加热；S5：当样品温度达到950℃时，保持15min后施加150V/cm～300V/cm的电场，初始预设电流为1.5A，当施加电场时，电流每5s增加0.5A直到达到限制电流2.5A，然后关闭直流电源，将样品冷却至室温。2.如权利要求1所述的一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中氧化物粉末混合物按摩尔份数包括：稀土氧化物1～1.5份；所述稀土氧化包括Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3、Pr5O11、Tm2O3、Er2O3中的任意一种。3.如权利要求1所述的一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中氧化物粉末、球磨介质和球磨球的质量比为1：4：20。4.如权利要求2所述的一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备方法，其特征在于，所述玛瑙球的中大球、中球、小球的质量比为1：3：5。5.如权利要求1所述的一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的粘合剂为5wt.％聚乙烯醇。6.如权利要求1所述的一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中圆盘厚度为1.5mm，直径为7mm的生坯。7.如权利要求1所述的一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中烘烤升温速度为2℃/min。8.如权利要求1所述的一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中升温速度为2℃/min。2CN114349495A权利要求书2/2页9.一种采用如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷。10.一种如权利要求9所述的稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷在微电子器件或避雷器中的应用。3CN114349495A说明书1/6页一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷、制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种稀土掺杂氧化锌压敏陶瓷、制备方法及其应用。背景技术[0002]压敏电阻是避雷器的核心组件，开发具有较高的非线性系数与电位梯度的高性能高压压敏电阻，可以实现避雷器的小型化和低成本。稀土掺杂ZnO压敏陶瓷具有高电位梯度(≥1000V/mm)和高非线性系数(≥30)。烧结过程中稀土氧化物会偏析在氧化锌晶界中，或与其他元素形成第二相，起到“钉扎”作用，抑制ZnO晶粒生长，从而提高电位梯度。同时晶界增多,由此每个晶界上产生的氧分压减小，从而提高非线性系数。一般采用传统烧结方法制备ZnO压敏陶瓷。然而，一方面，常规烧结的高温(≥1100℃)和较长的保温时间(>3h)导致大量的能源消耗。另一方面