本发明属于电子元器件领域，具体涉及一种整体成型的抗高压脉冲电阻器及其制备方法。
背景技术：
电阻器(resistor)在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。当电路中有高电压脉冲通过时，由于瞬时负荷大，峰值功率、电压或电流远远超过额定值，因此在脉冲负荷情况下，由于在峰值功率作用下电阻器中的导电元件瞬时过热、在峰值电压作用下，高阻时导电层电流密度过大或发生电击穿、在峰值电流作用下，低阻时引线与导电元件的接触部分电流密度过大，而使电阻器损坏或过早老化，导致电阻器失效。而电阻器在脉冲负荷的情况下，最主要的的导电元件的瞬时过热，在脉冲持续时间内，由导电薄膜、导电颗粒或电阻线等主动部分直接发热所产生的热量来不及分散至基体、保护层和引出线等被动部分，使主动部分迅速升温，因此易导致电阻器中的导电元件瞬时过热造成烧毁或过早老化。而对于窄脉宽负荷，当功率固定时，温升与主动部分的热容量成反比，当峰值功率和脉宽一定时，阻值越高的电阻器由于热容量较小而易烧坏。因此，对于航天航空、船舶、高铁、电子等领域的电源电路和控制电路中，当电路中有高电压脉冲通过时，采用普通电阻器有烧坏或过早老化的风险，电阻器对所在线路及周围元器件起不到保护作用，因此，需要对普通电阻器进行改进，使其具备抗电压脉冲的能力，能承受瞬时脉冲，使电路得到保护。
现有技术中对于提高电阻器耐脉冲负荷性能的方法大多是通过增加导电带长度，降低单位长度电应力来实现。或是直接涂覆高温绝缘涂料以提高耐压性，或是更改电阻器的材质，如申请号为cn206040334u的专利文件公开了一种陶瓷外壳耐高压电阻器，利用氧化铝陶瓷的高绝缘、高耐压和耐热性能提高了换热效果，但当电流密度过大或发生电击穿时也会造成电阻器的损坏或过早老化，且在电阻器外增加陶瓷外壳的形式虽然具有较好的绝缘、耐压和换热效果，电阻的功率容量并未改变，当电路中有高压脉冲通过时，依然会有电阻器损坏的风险。
申请号为cn96103328.2的专利文件公开了一种陶瓷电阻器及其制造方法，其主要成分为氧化锌、氧化铝、氧化镁和氧化硅，此外还包括氧化钙、氧化锶和氧化钡中的至少一种。
技术实现要素：
本发明为解决上述问题，提供了一种整体成型的抗高压脉冲电阻器及其制备方法。
具体是通过以下技术方案来实现的：
1、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，是由抗脉冲粉料、电阻率调控材料及温度特性调控材料组成。
进一步，所述的抗脉冲粉料，其组成按百分比计为：氧化锌60-90％、二氧化钛1-15％。
进一步，所述的电阻率调控材料，按百分比计为：氧化铝3-20％、氧化银0.1-5％、二氧化钌0.1-5％其中的一种或几种。
进一步，所述的温度特性调控材料，按百分比计为：三氧化二铋0.1-5％、氧化镁1-10％、氧化镧0.1-5％其中的一种或几种。
进一步，所述的抗高压脉冲电阻器，按百分比计，其组成还包括：三氧化二铁0.1-5％、氧化铜0.1-5％、氧化锰0.1-5％其中的一种或几种。
2、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，是采用陶瓷合成电阻的方法制成，包括以下步骤：
(1)制浆：将抗脉冲粉料球磨至粒度为0.1-50μm，加入抗脉冲粉料质量10-30％的去离子水及抗脉冲粉料质量0.5-10％的分散剂经球磨预分散后，加入电阻率调控材料、温度特性调控材料继续球磨搅拌30-60min，得到电阻器陶瓷浆料；
进一步，所述的分散剂，包括但不限于聚丙烯酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和聚乙二醇。
(2)造粒：在步骤(1)得到的电阻器陶瓷浆料中分别加入陶瓷浆料质量3-8％的聚乙烯醇溶液和消泡剂，搅拌均匀后过滤，去除浆料中的粗颗粒及杂质，浆料的水分控制在10-30％，干燥造粒后得到陶瓷造粒料；
进一步，所述的消泡剂，包括但不限于磷酸三丁酯、液态有机硅和正辛醇。
(3)制坯：将步骤(2)得到的陶瓷造粒料入模，采用等静压成型法制坯；
(4)烧结：以1100-1600℃的温度对步骤(3)得到的坯体进行烧结成型，烧结时间为1-3小时；
(5)引出电极：将步骤(4)烧结得到的陶瓷电阻基体预制凹形电极区，用掩膜板覆盖陶瓷电阻基体，使掩膜板的电极孔对位陶瓷电阻基体的预制凹形电极区，在掩膜板电极孔与预制凹形电极区形成的空腔内喷涂电极，形成电极层，电极层厚度为10-50μm，再通过焊接金属引线或固定导电螺栓或粘贴导电胶或直接连接其他电子元件导电层的方式引出电极；
(6)调阻：对步骤(5)中的陶瓷电阻基体采用砂轮切割、喷砂减薄、激光切割中的其中一种进行调阻，使其阻值达到0.1ω-1mω之间的目标阻值，电阻器的电阻率为5ω·mm-20000ω·mm。
进一步，所述的陶瓷电阻基体，其直径为2mm-20mm，长度为5mm-150mm。
进一步，所述的预制凹形电极区，其总面积占电极总面积的30％-100％，深度为0.02mm-2mm。
综上所述，本发明的有益效果在于：本发明通过加入抗脉冲粉料、电阻率调控材料及温度特性调控材料，并采用陶瓷合成电阻的方法对电阻进行整体成型，提高了产品的功率容量和散热效率，从而使其具备抗脉冲电压的效果，充分保护电路，极大程度的降低了电路损毁的风险。采用本发明的方法所制得的电阻器其电阻率为5ω·mm-20000ω·mm，能量耐受能力大于800j/cm3，电阻温度系数可小至100ppm/℃。
其中，采用氧化锌和二氧化钛作为抗脉冲粉料，可使电阻器承受瞬间巨大脉冲功率而不被烧毁，同时加入由氧化铝、氧化银、二氧化钌组成的电阻率调控材料，可使电阻器得电阻率维持在5ω·mm-20000ω·mm，提高了电阻器的功率容量；由氧化镁、三氧化二铋和氧化镧组成的温度特性调控材料，则保证了电阻器的散热效率，避免导电元件由于瞬间过热造成损毁，从而使电阻器满足抗高脉冲电压的作用，能将其应用于航天、航空、船舶、高铁、电子等领域的电源电路和控制电路中。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
1、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，是由抗脉冲粉料、电阻率调控材料及温度特性调控材料组成。
进一步，所述的抗脉冲粉料，其组成按百分比计为：氧化锌82.5％、二氧化钛1％。
进一步，所述的电阻率调控材料，其组成按百分比计为：氧化铝8.8％、氧化银0.5％。
进一步，所述的温度特性调控材料，其组成按百分比计为：三氧化二铋0.7％、氧化镁1.4％、氧化镧0.4％。
进一步，所述的抗高压脉冲电阻器，其组成按百分比计还含有：三氧化二铁0.2％、氧化锰0.2％、氧化铜0.2％、五氧化二铌0.4％、氧化钾0.4％、氧化钙1％、二氧化硅2.3％。
2、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，是采用陶瓷合成电阻的方法制成，包括以下步骤：
(1)制浆：将抗脉冲粉料球磨至平均粒度为25μm，加入抗脉冲粉料质量20％的去离子水及抗脉冲粉料质量0.8％的聚丙烯酸钠经球磨预分散后，加入电阻率调控材料、温度特性调控材料继续球磨搅拌45min，得到电阻器陶瓷浆料；
(2)造粒：在步骤(1)得到的电阻器陶瓷浆料中分别加入陶瓷浆料质量5％的聚乙烯醇溶液和磷酸三丁酯，搅拌均匀后过滤，去除浆料中的粗颗粒及杂质，浆料的水分控制在20％，干燥造粒后得到陶瓷造粒料；
(3)制坯：将步骤(2)得到的陶瓷造粒料入模，采用等静压成型法制坯；
(4)烧结：以1400℃的温度对步骤(3)得到的坯体进行烧结成型，烧结时间为2小时；
(5)引出电极：将步骤(4)烧结得到的陶瓷电阻基体预制凹形电极区，用掩膜板覆盖陶瓷电阻基体，使掩膜板的电极孔对位陶瓷电阻基体的预制凹形电极区，在掩膜板电极孔与预制凹形电极区形成的空腔内喷涂电极，形成电极层，电极层厚度为20μm，再通过焊接金属引线或固定导电螺栓或粘贴导电胶或直接连接其他电子元件导电层的方式引出电极；
(6)调阻：对步骤(5)中的陶瓷电阻基体采用砂轮切割的方式进行调阻。
进一步，所述的陶瓷电阻基体，其直径为10mm，长度为100mm。
进一步，所述的预制凹形电极区，其总面积占电极总面积的100％，深度为1.2mm。
实施例2
1、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，是由抗脉冲粉料、电阻率调控材料及温度特性调控材料组成。
进一步，所述的抗脉冲粉料，其组成按百分比计为：氧化锌84.7％、二氧化钛1.6％。
进一步，所述的电阻率调控材料，按百分比计为：氧化铝7.2％、氧化银1％。
进一步，所述的温度特性调控材料，按百分比计为：三氧化二铋1.1％、氧化镁2％。
进一步，所述的抗高压脉冲电阻器，按百分比计，其组成还含有：三氧化二铁0.15％、氧化铜0.15％、氧化锰0.3％、氧化钙0.6％、二氧化硅1.2％。
2、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，是采用陶瓷合成电阻的方法制成，包括以下步骤：
(1)制浆：将抗脉冲粉料球磨至平均粒度为50μm，加入抗脉冲粉料质量30％的去离子水及抗脉冲粉料质量10％的脂肪醇聚氧乙烯醚，经球磨预分散后，加入电阻率调控材料、温度特性调控材料继续球磨搅拌60min，得到电阻器陶瓷浆料；
(2)造粒：在步骤(1)得到的电阻器陶瓷浆料中分别加入陶瓷浆料质量4％的聚乙烯醇溶液和液态有机硅，搅拌均匀后过滤，去除浆料中的粗颗粒及杂质，将浆料的水分控制在10％，干燥造粒后得到陶瓷造粒料；
(3)制坯：将步骤(2)得到的陶瓷造粒料入模，采用等静压成型法制坯；
(4)烧结：以1100℃的温度对步骤(3)得到的坯体进行烧结成型，烧结时间为3小时；
(5)引出电极：将步骤(4)烧结得到的陶瓷电阻基体预制凹形电极区，用掩膜板覆盖陶瓷电阻基体，使掩膜板的电极孔对位陶瓷电阻基体的预制凹形电极区，在掩膜板电极孔与预制凹形电极区形成的空腔内喷涂电极，形成电极层，电极层厚度为50μm，再通过焊接金属引线或固定导电螺栓或粘贴导电胶或直接连接其他电子元件导电层的方式引出电极；
(6)调阻：对步骤(5)中的陶瓷电阻基体采用喷砂减薄的方式进行调阻。
进一步，所述的陶瓷电阻基体，其直径为20mm，长度为150mm。
进一步，所述的预制凹形电极区，其总面积占电极总面积的99％，深度为2mm。
实施例3
1、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，是由抗脉冲粉料、电阻率调控材料及温度特性调控材料组成。
进一步，所述的抗脉冲粉料，其组成按百分比计为：氧化锌60％、二氧化钛1.5％。
进一步，所述的电阻率调控材料，按百分比计为：氧化铝16％。
进一步，所述的温度特性调控材料，按百分比计为：三氧化二铋4.5％、氧化镁3.5％。
进一步，所述的抗高压脉冲电阻器，按百分比计，其组成还含有：三氧化二铁0.2％、氧化铜0.3％、氧化钙4.5％、二氧化硅9.5％。
2、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，是采用陶瓷合成电阻的方法制成，包括以下步骤：
(1)制浆：将抗脉冲粉料球磨至平均粒度为30μm，加入抗脉冲粉料质量25％的去离子水及抗脉冲粉料质量5％的聚乙二醇，经球磨预分散后，加入电阻率调控材料、温度特性调控材料继续球磨搅拌30-60min，得到电阻器陶瓷浆料；
(2)造粒：在步骤(1)得到的电阻器陶瓷浆料中分别加入陶瓷浆料质量7％的聚乙烯醇溶液和正辛醇，搅拌均匀后过滤，去除浆料中的粗颗粒及杂质，将浆料的水分控制在25％，干燥造粒后得到陶瓷造粒料；
(3)制坯：将步骤(2)得到的陶瓷造粒料入模，采用等静压成型法制坯；
(4)烧结：以1600℃的温度对步骤(3)得到的坯体进行烧结成型，烧结时间为1小时；
(5)引出电极：将步骤(4)烧结得到的陶瓷电阻基体预制凹形电极区，用掩膜板覆盖陶瓷电阻基体，使掩膜板的电极孔对位陶瓷电阻基体的预制凹形电极区，在掩膜板电极孔与预制凹形电极区形成的空腔内喷涂电极，形成电极层，电极层厚度为10μm，再通过焊接金属引线或固定导电螺栓或粘贴导电胶或直接连接其他电子元件导电层的方式引出电极；
(6)调阻：对步骤(5)中的陶瓷电阻基体采用激光切割的方式进行调阻。
进一步，所述的陶瓷电阻基体，其直径为2mm，长度为5mm。
进一步，所述的预制凹形电极区，其总面积占电极总面积的90％，深度为0.02mm。
实施例4
1、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，是由抗脉冲粉料、电阻率调控材料及温度特性调控材料组成。
进一步，所述的抗脉冲粉料，其组成按百分比计为：氧化锌73％、二氧化钛1％。
进一步，所述的电阻率调控材料，按百分比计为：氧化铝11.2％、氧化银4％、二氧化钌2％。
进一步，所述的温度特性调控材料，按百分比计为：三氧化二铋1.3％、氧化镁2.5％。
进一步，所述的抗高压脉冲电阻器，按百分比计，其组成还含有：二氧化硅3.5％、氧化钙1.5％。
2、一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，是采用陶瓷合成电阻的方法制成，包括以下步骤：
(1)制浆：将抗脉冲粉料球磨至平均粒度为40μm，加入抗脉冲粉料质量30％的去离子水及抗脉冲粉料质量8％的羧甲基纤维素钠，经球磨预分散后，加入电阻率调控材料、温度特性调控材料继续球磨搅拌40min，得到电阻器陶瓷浆料；
(2)造粒：在步骤(1)得到的电阻器陶瓷浆料中分别加入陶瓷浆料质量3％的聚乙烯醇溶液和硬质酰胺，搅拌均匀后过滤，去除浆料中的粗颗粒及杂质，浆料的水分控制在30％，干燥造粒后得到陶瓷造粒料；
进一步，所述的消泡剂，包括但不限于磷酸三丁酯、液态有机硅和正辛醇。
(3)制坯：将步骤(2)得到的陶瓷造粒料入模，采用等静压成型法制坯；
(4)烧结：以1200℃的温度对步骤(3)得到的坯体进行烧结成型，烧结时间为1.5小时；
(5)引出电极：将步骤(4)烧结得到的陶瓷电阻基体预制凹形电极区，用掩膜板覆盖陶瓷电阻基体，使掩膜板的电极孔对位陶瓷电阻基体的预制凹形电极区，在掩膜板电极孔与预制凹形电极区形成的空腔内喷涂电极，形成电极层，电极层厚度为35μm，再通过焊接金属引线或固定导电螺栓或粘贴导电胶或直接连接其他电子元件导电层的方式引出电极；
(6)调阻：对步骤(5)中的陶瓷电阻基体采用激光切割的方式进行调阻。
进一步，所述的陶瓷电阻基体，其直径为17mm，长度为120mm。
进一步，所述的预制凹形电极区，其总面积占电极总面积的88％，深度为1.7mm。
一、电阻器性能
表1
实施例1和实施例2，通过电阻体主体材料和导电体混合材料成分的比率调整，实现在同一体积条件下，电阻从10ω变到10kω；实施例3和实施例4进行比较，发现通过材料配方的调整实现不同的电阻温度特性；由实验结果可以得知，我们通过材料配方的调整和最后的阻值精确调整，实现不同阻值精度的产品。
1.一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，其特征在于，是由抗脉冲粉料、电阻率调控材料及温度特性调控材料组成。
2.如权利要求1所述的一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，其特征在于，所述的抗脉冲粉料，其组成按百分比计为：氧化锌60-90％、二氧化钛1-15％。
3.如权利要求1所述的一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，其特征在于，所述的电阻率调控材料，按百分比计为：氧化铝3-20％、氧化银0.1-5％、二氧化钌0.1-5％其中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，其特征在于，所述的温度特性调控材料，按百分比计为：三氧化二铋0.1-5％、氧化镁1-10％、氧化镧0.1-5％其中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种整体成型的抗高压脉冲电阻器，其特征在于，按百分比计，其组成还包括：三氧化二铁0.1-5％、氧化铜0.1-5％、氧化锰0.1-5％、其中的一种或几种。
6.一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，其特征在于，是采用陶瓷合成电阻的方法制成。
7.如权利要求6所述的一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷合成电阻方法，包括以下步骤：
(1)制浆：将抗脉冲粉料球磨至粒度为0.1-50μm，加入抗脉冲粉料质量10-30％的去离子水及抗脉冲粉料质量0.5-10％的分散剂，经预分散后与电阻率调控材料、温度特性调控材料混合搅拌得到电阻器陶瓷浆料；
(2)造粒：在步骤(1)得到的电阻器陶瓷浆料中加入聚乙烯醇溶液和消泡剂，搅拌均匀后过滤，浆料的水分控制在10-30％，干燥造粒后得到陶瓷造粒料；
(3)制坯：将步骤(2)得到的陶瓷造粒料入模，采用等静压成型法制坯；
(4)烧结：以1100-1600℃的温度对步骤(3)得到的坯体进行烧结成型，烧结时间为1-3小时；
(5)引出电极：将步骤(4)烧结得到的陶瓷电阻基体预制凹形电极区，用掩膜板覆盖，在掩膜板电极孔与预制凹形电极区形成的空腔内喷涂电极，形成电极层，再通过焊接金属引线或固定导电螺栓或粘贴导电胶或直接连接其他电子元件导电层的方式引出电极；
(6)调阻：对步骤(5)中的陶瓷电阻基体进行调阻，使其阻值达到0.1ω-1mω之间的目标阻值，电阻器的电阻率为5ω·mm-20000ω·mm。
8.如权利要求7所述的一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，其特征在于，所述的分散剂，包括但不限于聚丙烯酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和聚乙二醇；所述的消泡剂，包括但不限于磷酸三丁酯、液态有机硅和正辛醇。
9.如权利要求7所述的一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷电阻基体，其直径为2mm-20mm，长度为5mm-150mm。
10.如权利要求7所述的一种整体成型的抗高压脉冲电阻器的制备方法，其特征在于，所述的预制凹形电极区，其总面积占电极总面积的30％-100％，深度为0.02mm-2mm。
技术总结