一种线性氧化锌陶瓷电阻及其制备方法和电路板与流程

1.本技术属于陶瓷电阻技术领域，尤其涉及一种线性氧化锌陶瓷电阻及其制备方法和电路板。


背景技术：

2.随着电力电子的产业的飞速发展，对设备的小型化和经济性提供了更高的要求。急需一种电阻率变化范围小，通流密度大的线性电阻替代以往的电阻器件；与传统电阻器件相比，氧化锌线性陶瓷电阻的热容高，可以在瞬间吸收800j/cm3的能量，具有超大功率，体积约为同功率金属电阻体积的15％，瞬间通流能力强，可耐500℃高温，具有体积小，重量轻的优点，适用于现代电力工业的发展。
3.目前普遍认为掺杂配方是制备氧化锌线性陶瓷电阻的关键因素，如掺杂la2o3和zro2等碱土金属及第三、四副族饱和金属的氧化物，调节晶界相可以制备得到氧化锌线性电阻，还可以通过制备过程中烧结温度、保温时间、升温速率以及降温速率调控晶界相来制备得到氧化锌线性电阻；然而通过掺杂配方制备氧化锌线性陶瓷电阻过程中la2o3和zro2等掺杂金属的掺杂量难以控制，通过烧结温度制备线性电阻需要的温度过高，一般在1300℃～1600℃之间，对烧结炉要求较高且耗能大，因此，现有技术方案制备氧化锌线性陶瓷电阻的过程比较复杂。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种线性氧化锌陶瓷电阻及其制备方法和电路板，用于解决现有技术中制备氧化锌线性陶瓷电阻的过程比较复杂的技术问题。
5.本技术第一方面提供了一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，制备方法包括步骤：
6.步骤s1、将氧化锌陶瓷配方依次经过混料、球磨、烘干、造粒、压片和排胶，制备得到氧化锌陶瓷生坯；
7.步骤s2、将氧化锌陶瓷生坯两端面表面涂覆耐高温导电浆料，高温固化耐高温导电浆料得到氧化锌陶瓷电阻生坯；
8.步骤s3、将氧化锌陶瓷电阻生坯升温至烧结温度烧结得到线性氧化锌陶瓷电阻生坯；
9.步骤s4、在线性氧化锌陶瓷电阻生坯降温过程中施加直流偏压，得到线性氧化锌陶瓷电阻。
10.优选的，步骤s1中，以摩尔份计算，所述氧化锌陶瓷配方包括：93.42摩尔份zno，1.2摩尔份bi2o3，1摩尔份sb2o3，1.1摩尔份co2o3，0.5摩尔份mnco3，1.3摩尔份ni2o3，1.48摩尔份sio2。
11.优选的，步骤s2中，所述耐高温导电浆料为银浆或铂浆。
12.优选的，步骤s2中，所述高温固化的温度450～850℃，时间为20～40min。
13.优选的，步骤s2中，所述高温固化的温度为850℃，时间为30min。
14.优选的，步骤s3中，所述升温的速率为2～3.33min/℃；
15.所述烧结温度为800～1300℃，烧结时间为1～3h。
16.优选的，步骤s3中，所述升温的速率为3.33min/℃；
17.所述烧结温度为1080℃，烧结时间为2h。
18.优选的，步骤s4中，所述直流偏压不小于5v/mm。
19.优选的，步骤s4中，所述直流偏压为5～20v/mm。
20.本技术第二方面提供了一种线性氧化锌陶瓷电阻，由上述制备方法制备得到。
21.本技术第三方面提供了一种电路板，包括基板和电子元器件；
22.所述电子元器件排布在基板表面；
23.所述电子元器件包括上述线性氧化锌陶瓷电阻。
24.优选的，所述基板为覆铜板。
25.综上所述，本技术提供了一种线性氧化锌陶瓷电阻及其制备方法和电路板，线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法包括先将氧化锌陶瓷配方依次经过混料、球磨、烘干、造粒、压片和排胶，制备得到氧化锌陶瓷生坯，再将氧化锌陶瓷生坯两端面固化耐高温导电浆料，然后将氧化锌陶瓷电阻生坯升温至烧结温度烧结得到线性氧化锌陶瓷电阻生坯，再在线性氧化锌陶瓷电阻生坯降温过程中施加直流偏压，直流偏压形成的直流电场干扰本征点缺陷和电子在晶界处的排布，破坏烧结过程中晶界势垒形成，使得产物氧化锌陶瓷电阻具有良好的线性特性，从而制备得到线性氧化锌陶瓷电阻，解决现有技术中制备氧化锌线性陶瓷电阻的过程比较复杂的技术问题。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例2提供的线性氧化锌陶瓷电阻j-e特性曲线图；
28.图2为本技术实施例1提供的氧化锌陶瓷电阻j-e特性曲线图；
29.图3为本技术实施例2中氧化锌压敏陶瓷的晶界势垒以及内部缺陷结构示意图。
具体实施方式
30.本技术提供了一种线性氧化锌陶瓷电阻及其制备方法和电路板，用于解决现有技术中制备氧化锌线性陶瓷电阻的过程比较复杂的技术问题。
31.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.实施例1
33.本技术实施例1提供了一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，制备方法包括氧化锌陶瓷生坯的制备步骤、氧化锌陶瓷电阻生坯的制备步骤、线性氧化锌陶瓷电阻生坯的制
备步骤以及线性氧化锌陶瓷电阻的制备步骤。
34.其中，氧化锌陶瓷生坯的制备步骤包括：采用典型氧化锌压敏陶瓷电阻的商用配方：93.42mol％zno，1.2mol％bi2o3，1mol％sb2o3，1.1mol％co2o3,0.5mol％mnco3，1.3mol％ni2o3，1.48mol％sio2，经过配料、混料、球磨、烘干、造粒、压片和排胶得到一批氧化锌生坯试样，选取生坯试样，记为氧化锌陶瓷生坯；
35.氧化锌陶瓷电阻生坯的制备步骤包括：在对两个试样的两个端面涂覆高温导电铂浆，并在850℃下固化半个小时，得到氧化锌陶瓷电阻生坯；
36.线性氧化锌陶瓷电阻的制备步骤包括：在氧化锌陶瓷电阻生坯两个端面上垫铂电极片，放入高温介电设备的高温腔体中，氧化锌陶瓷电阻生坯烧结过程中升温速率均为3.33℃/min，烧结最高温度为1080℃，烧结时间为2小时，随炉降温冷却过程中施加5v/mm的直流电场，冷却至室温，得到线性氧化锌陶瓷电阻。
37.实施例2
38.本技术实施例2提供了一种氧化锌陶瓷电阻的制备方法，作为实施例1所述制备方法的对比例，制备方法包括氧化锌陶瓷生坯的制备步骤、第一氧化锌陶瓷电阻生坯的制备步骤以及氧化锌陶瓷电阻的制备步骤。
39.其中，氧化锌陶瓷生坯的制备步骤包括：采用典型氧化锌压敏陶瓷电阻的商用配方：93.42mol％zno，1.2mol％bi2o3,1mol％sb2o3，1.1mol％co2o3,0.5mol％mnco3，1.3mol％ni2o3，1.48mol％sio2，经过配料、混料、球磨、烘干、造粒、压片和排胶得到一批氧化锌生坯试样，选取生坯试样，记为氧化锌陶瓷生坯；
40.第一氧化锌陶瓷电阻生坯的制备步骤包括：在对两个试样的两个端面涂覆高温导电铂浆，并在850℃下固化半个小时，得到第一氧化锌陶瓷电阻生坯；
41.氧化锌陶瓷电阻的制备步骤包括：在第一氧化锌陶瓷电阻生坯两个端面上垫铂电极片，放入高温介电设备的高温腔体中，第一氧化锌陶瓷电阻生坯烧结过程中升温速率均为3.33℃/min，烧结最高温度为1080℃，烧结时间为2小时，接下来直接随炉冷却至室温，得到氧化锌陶瓷电阻。
42.实施例3
43.本技术实施例3提供了一种电路板，电路板包括基板和电子元器件，电子元器件排布在基板表面，电子元器件包括实施例1所述制备方法制备得到的线性氧化锌陶瓷电阻。
44.由于本实施例提供的电路板采用的电子元器件中电阻为线性氧化锌陶瓷电阻，从而使得电路板具有耐高温、通流密度大且重量轻的性质，可以满足现代电力设备的需求。
45.对于基板可以选择覆铜板、陶瓷基板等。
46.实验例1
47.本技术实验例1用于测试实施例1提供的线性氧化锌陶瓷电阻、实施例2提供的氧化锌陶瓷电阻的性能，性能测试包括先用砂纸上打磨实施例1提供的线性氧化锌陶瓷电阻和实施例2提供的氧化锌陶瓷电阻的两个端面，然后放入酒精中在超声波中清洗后烘干，再在实施例1提供的线性氧化锌陶瓷电阻和实施例2提供的氧化锌陶瓷电阻的两端面喷射金电极，分别测试j-e特性曲线，其结果如图1和图2所示。
48.从图1可以确定，实施例2提供的氧化锌陶瓷电阻具有非线性特性，非线性系数(α＝1/lg(u
1ma
/u
0.1ma
))约为46.3，而实施例1提供的线性氧化锌陶瓷电阻不具有非线性特性，
说明降温冷却过程中施加5v/mm的直流电场，施加电场后带正电的耗尽层缺陷离子将与晶界处的带负电的界面态电荷中和，能够干扰本征点缺陷和电子在晶界处的排布，破坏烧结过程中良好的晶界势垒形成，使得产物氧化锌陶瓷电阻具有良好的线性特性，从而制备得到了线性氧化锌陶瓷电阻；并且本技术提供的线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法突破了掺杂配方的限制，氧化锌陶瓷电阻配方中是否含有bi2o3、la2o3和zro2都不影响线性氧化锌陶瓷电阻的制备，同时，烧结温度在1080℃，低于常规的1300℃～1600℃的烧结温度，因此，与现有技术方案相比，本技术提供的线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法简要。
49.以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，其特征在于，制备方法包括步骤：步骤s1、将氧化锌陶瓷配方依次经过混料、球磨、烘干、造粒、压片和排胶，制备得到氧化锌陶瓷生坯；步骤s2、将氧化锌陶瓷生坯两端面表面涂覆耐高温导电浆料，高温固化耐高温导电浆料得到氧化锌陶瓷电阻生坯；步骤s3、将氧化锌陶瓷电阻生坯升温至烧结温度烧结得到线性氧化锌陶瓷电阻生坯；步骤s4、在线性氧化锌陶瓷电阻生坯降温过程中施加直流偏压，得到线性氧化锌陶瓷电阻。2.根据权利要求1所述的一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，其特征在于，步骤s1中，以摩尔份计算，所述氧化锌陶瓷配方包括：93.42摩尔份zno，1.2摩尔份bi2o3，1摩尔份sb2o3，1.1摩尔份co2o3，0.5摩尔份mnco3，1.3摩尔份ni2o3，1.48摩尔份sio2。3.根据权利要求1所述的一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述耐高温导电浆料为银浆或铂浆。4.根据权利要求1所述的一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述高温固化的温度为450～850℃，时间为20～40min。5.根据权利要求1所述的一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述升温的速率为2～3.33min/℃；所述烧结温度为800～1300℃，烧结时间为1～3h。6.根据权利要求1所述的一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述直流偏压不小于5v/mm。7.根据权利要求1所述的一种线性氧化锌陶瓷电阻的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述直流偏压为5～20v/mm。8.一种线性氧化锌陶瓷电阻，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到。9.一种电路板，其特征在于，包括基板和电子元器件；所述电子元器件排布在基板表面；所述电子元器件包括上述线性氧化锌陶瓷电阻。10.根据权利要求9所述的一种电路板，其特征在于，所述基板为覆铜板。

技术总结
本申请属于陶瓷电阻技术领域，尤其涉及一种线性氧化锌陶瓷电阻及其制备方法和电路板。本申请提供的线性氧化锌陶瓷电阻的制备过程中施加直流电压，破坏烧结过程中晶界势垒形成，使得产物氧化锌陶瓷电阻具有良好的线性特性，从而制备得到线性氧化锌陶瓷电阻，从而解决现有技术中制备氧化锌线性陶瓷电阻的过程比较复杂的技术问题。比较复杂的技术问题。比较复杂的技术问题。


技术研发人员：朱五洲 廖雁群 李迪 李智宇 卓志豪 王强 刘淡冰 李惠鸿 黄嘉明 胡欣欣 伍斯恒 陈兆炜 李闻博 叶宇婷 王亚迪 李奕霖 陈霖 蚁殷翔
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司珠海供电局
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/7