一种锰酸锌陶瓷的固相反应制备方法及其掺杂改性方法

本发明涉及一种锰酸锌陶瓷的固相反应制备方法及其掺杂改性方法，属于锰酸锌陶瓷制备及其掺杂改性。

背景技术：

1、为了保护电路中元件免受过压影响，通常将压敏电阻保险器件与被保护元件相并联。压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，当电路承受过压时，压敏电阻会进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。压敏电阻器材料通常使用氧化锌半导体陶瓷，但氧化锌陶瓷的介电损耗通常较大，在长时间过压的影响下会导致器件温度大幅升高，加速器件的老化。随着对zn-mn-o三元氧化物体系伏安特性的深入研究，研究者发现znmn2o4具有良好的电致阻变效应，因此，可将其用作压敏电阻器件。目前广泛应用的压敏电阻器件多为陶瓷材料，然而由于高温烧结成瓷的材料受到烧结温度和反应时间等因素的影响，固相反应法合成znmn2o4陶瓷的研究鲜见报道。因此，提供一种锰酸锌陶瓷的固相反应制备方法是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有znmn2o4陶瓷合成困难的问题，提供一种锰酸锌陶瓷的固相反应制备方法及其掺杂改性方法。

2、本发明的技术方案：

3、本发明的目的之一是提供一种锰酸锌陶瓷的固相反应制备方法，该方法包括以下步骤：

4、(1)以氧化锌、氧化锰和改性物料为原料进行第一步烧结，得到预烧粉；

5、(2)以预烧粉和粘接剂为原料，经压制成型后进行第二次烧结，得到改性锰酸锌陶瓷。

6、进一限定，步骤(1)的操作过程为：将氧化锌、氧化锰、改性原料分散在乙醇溶剂中，通过球磨工艺混合均匀；然后将混合后的粉体烘干后，通过高温烧结制得预烧粉。

7、更进一步限定，步骤(1)中氧化锌和氧化锰的质量比为0.6：1。

8、更进一步限定，步骤(1)中乙醇溶剂的用量为氧化锌、氧化锰和改性物料总质量的5-5.2倍。

9、更进一步限定，步骤(1)中球磨工艺条件为：室温，转速为300rad/min，时间为12h。

10、更进一步限定，步骤(1)中粉体烘干条件为：温度为60-80℃，时间为4-6h。

11、更进一步限定，步骤(1)中第一步烧结条件为：以10℃/min的速率升温至800℃，保温2h。

12、进一步限定，步骤(1)中改性物料由摩尔比为1:1的al2o3和li2o组成。

13、进一步限定，步骤(1)中改性物料与氧化锌的摩尔比为(0-2):100。

14、更进一步限定，步骤(1)中改性物料与氧化锌的摩尔比为(0.5-2):100。

15、更进一步限定，步骤(1)中改性物料与氧化锌的摩尔比为1:100。

16、更进一步限定，步骤(1)中改性物料与氧化锌的摩尔比为1.5:100。

17、进一步限定，步骤(2)的操作过程为：将预烧粉和粘接剂混合均匀后，压制成预制块体，经高温烧结成瓷及退火工艺制得成品。

18、进一步限定，步骤(2)中粘接剂是体积分数为5vt％的pva水溶液。

19、更进一步限定，pva分子量为10000。

20、更进一步限定，预烧粉和pva的质量比为1：0.5。

21、更进一步限定，步骤(2)中预烧粉和粘接剂混合工艺为：将粘结剂加入预烧粉中，使用混合机进行预混，预混转速为40-45rad/min，时间为10min；而后使用高速飞刀混合机将粘结剂与预烧粉充分混合，料筒转速12-16rad/min，飞刀转速为1400-1450rad/min，混合时间为1-1.5h；得到混合均匀的粉料后在60℃条件下烘干处理8-10h。

22、更进一步限定，步骤(2)中压制成型条件为：室温，压强12-22mpa，时间10-15min。

23、更进一步限定，步骤(2)中第二步烧结条件为：以2℃/min的速率升温至1300℃，保温4-6h，以5℃/min的速率降至室温。

24、本发明的目的之二是提供一种上述制备的得到的锰酸锌陶瓷，该陶瓷具有压敏效应。

25、有益效果：

26、本发明采用两步烧结法利用固相反应成功制备了znmn2o4陶瓷，并针对znmn2o4陶瓷的损耗较高，无法长时间作为稳压器件使用的问题，采用掺杂对锰酸锌陶瓷进行改性，利用掺杂离子形成的局部应力场和电场，诱导锰酸锌陶瓷压敏性能和介电性能的可控变化，实现对锰酸锌陶瓷电导非线性系数的有效调控，并且阈值电场可调控，拓宽了锰酸锌陶瓷的应用范围。此外，在一定掺杂量下，掺杂陶瓷介电损耗小，可改善发热引起的老化。

技术特征：

1.一种锰酸锌陶瓷的固相反应制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，氧化锌和氧化锰的质量比为0.6：1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一步烧结条件为：以10℃/min的速率升温至800℃，保温2h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，粘接剂是体积分数为5vt％的pva水溶液，pva分子量为10000。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，预烧粉和pva的质量比为1：0.5。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，压制成型条件为：室温，压强12-22mpa，时间10-15min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第二步烧结条件为：以2℃/min的速率升温至1300℃，保温4-6h，以5℃/min的速率降至室温。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，改性物料由摩尔比为1:1的al2o3和li2o组成。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，改性物料与氧化锌的摩尔比为(0-2):100。

10.一种权利要求1所述的制备方法得到的锰酸锌陶瓷，其特征在于，该陶瓷具有压敏效应。

技术总结本发明公开了一种锰酸锌陶瓷的固相反应制备方法及其掺杂改性方法，属于锰酸锌陶瓷制备及其掺杂改性技术领域。本发明解决了现有固相反应法合成ZnMn<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;陶瓷困难的问题。本发明采用两步烧结法利用固相反应成功制备了ZnMn<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;陶瓷，并针对ZnMn<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;陶瓷的损耗较高，无法长时间作为稳压器件使用的问题，采用掺杂对锰酸锌陶瓷进行改性，利用掺杂离子形成的局部应力场和电场，诱导锰酸锌陶瓷压敏性能和介电性能的可控变化，实现对锰酸锌陶瓷电导非线性系数的有效调控，并且阈值电场可调控，拓宽了锰酸锌陶瓷的应用范围。技术研发人员：于杨,刘一桐,崔杰,周子越,张笑瑞受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29