CN101265083A - 稀土硝酸盐掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稀土硝酸盐掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料及制备方法，属功能陶瓷材料制造技术领域。其特征在于氧化锌压敏电阻材料按摩尔百分比包括下述组分：ZnO 94－98％为主体材料，MnO₂、Co₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Sb₂O₃各为0.1－1.0％，稀土硝酸盐为0.01－2.0％，其中稀土硝酸盐为稀土钇、镨、锶的硝酸盐的一种。本发明通过稀土硝酸盐掺杂并通过调整稀土硝酸盐的合理掺杂浓度，使氧化锌压敏陶瓷的显微组织均匀，电性能得以提高，压敏陶瓷的电位梯度提高到1000－1300V/mm，非线性系数为30－50，漏电流为2－20μA。本发明的压敏陶瓷可用于制造超高压电力***的优质避雷器产品。

Description

稀土硝酸盐掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种稀土硝酸盐掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料及其制备方法，属功能陶瓷材料制造技术领域。

背景技术

自1968年日本松下开发出ZnO压敏电阻以来，ZnO压敏电阻以其造价低廉、制造方便、非线性系数大、响应时间快、残压低、电压温度系数小、泄漏电流小等优良性能，广泛地应用于电力电子***中，作为过电压保护器、浪涌吸收器、变阻器和避雷器等，成为目前压敏元件中的重要类型。

在氧化锌压敏瓷中掺杂适量的稀土氧化物，稀土氧化物钉扎在晶界处，明显抑制了ZnO晶粒的生长，使压敏瓷的压敏电压明显提高。稀土氧化物掺杂对ZnO压敏陶瓷进行改性，是提高陶瓷介质电位梯度的一种重要方法。中国专利CN1181502C报道了采用部分纳米氧化锌，稀土金属掺杂的ZnO压敏瓷，经1160℃烧结2h烧结后得到具有优良的综合性能的压敏电阻，其压敏电压为580V。中国专利CN1844044A通过对稀土氧化物Ce₂O₃、Gd₂O₃单掺杂和双掺杂，并调整掺杂含量的合理比例，在1100-1180℃烧结得到的陶瓷介质，电位梯度可提高到500V/mm以上。中国专利CN1801409A在ZnO压敏瓷中添加适量Y₂O₃，得到电位梯度为2000V/mm左右，非线性系数约为23的压敏电阻。上述方法一般采用稀土氧化物来提高氧化锌压敏瓷的电位梯度，但是由于稀土元素常共生在一起，比较分散，多以离子化合物形式存在，分离困难，提取成本较大，故稀土金属及其氧化物价格昂贵，难以在实际工业生产中广泛应用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种产品性能良好、生产成本低，可适合于工业化生产的稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料。

本发明的目的之二是提供一种稀土硝酸盐掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料的制备方法。

一种稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料，其特征在于该材料按摩尔百分比包括下述组分：ZnO 94-98％为主体材料，MnO₂、Co₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Sb₂O₃各为0.1-1.0％，稀土硝酸盐为0.01-2.0％，其中稀土硝酸盐为硝酸钇、硝酸镨或硝酸锶中的一种。

一种用于上述的稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)按上述的稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料组分进行配料，采用氧化锆球、聚乙烯罐，无水乙醇和蒸馏水为球磨介质，在变频行星式球磨机中湿磨5h，转速500rpm，氧化锆球∶配料粉∶无水乙醇∶蒸馏水的质量比为100∶5∶18∶2；球磨好的浆料在70℃烘24h后成干粉，700℃煅烧2h；

2)煅烧后的粉体，采用氧化锆球、聚乙烯罐，在变频行星式球磨机中干磨1h，转速500rpm；干磨后粉体添加8％质量浓度为2％的PVA后压制成形；

3)压制成形的坯体在电阻炉中以5℃/min升温至500-600℃，空气气氛中保温2h，随炉冷却；预处理后的坯体以5℃/min升温至900-1200℃，再在900-1200℃空气气氛中保温2h，随炉冷却，即得稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料。

稀土硝酸盐由于制备容易，价格相对较低，在功能陶瓷制造领域使用能较大幅度的降低生产成本。采用稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷，由于稀土硝酸盐在球磨介质中形成溶液，干燥后能比较均匀的分散在浆料中，烧结后使显微组织均匀细小，压敏陶瓷的电性能得到提高。利用本发明的配方制备的ZnO压敏陶瓷材料，其在900-1100℃烧结得到压敏陶瓷，产品具有优异的综合性能，致密度高气孔率低，组织均匀无明显团聚体，电位梯度提高到1000-1300V/mm，非线性系数为30-50，漏电流为2-20μA。本发明制备高压氧化锌压敏电阻方法的优点是工艺简单，制造成本低。

具体实施方式

现将本发明的实施例叙述于后。

实施例1

(1)分别称量按摩尔比为ZnO 96.84％，MnO₂ 0.5％，Co₂O₃ 0.5％，Bi₂O₃ 0.5％，Cr₂O₃0.5％、Sb₂O₃ 1.0％，Y(NO₃)₃ 0.16％。

(2)采用氧化锆球、聚乙烯罐，无水乙醇和蒸馏水为球磨介质，在变频行星式球磨机中湿磨5h，转速500rpm，氧化锆球∶配料粉∶无水乙醇∶蒸馏水的质量比为100∶5∶18∶2。

(3)球磨好的浆料在70℃烘24h成干粉。

(4)700℃煅烧2h。

(5)煅烧后的粉体，采用氧化锆球、聚乙烯罐，在变频行星式球磨机中干磨1h，转速500rpm。

(6)干磨后粉体添加8％质量分数为2％的PVA后压制成形。

(7)压制成形的坯体在电阻炉中以5℃/min升温至500℃，空气气氛中保温2h，随炉冷却。

(8)预处理后的坯体以5℃/min升温至900℃，再在900℃空气气氛中保温2h，随炉冷却。

本实施例所制作的氧化锌压敏电阻经性能测试，电位梯度达到1300V/mm，漏电流3.6μA，非线性系数为45。

实施例2

本实施例中，由摩尔比为ZnO 94.5％，MnO₂ 0.5％，Co₂O₃ 0.8％，Bi₂O₃ 0.7％，Cr₂O₃ 0.5％，Sb₂O₃ 1.0％，Y(NO₃)₃ 2.0％，混合均匀形成氧化锌压敏电阻材料，上述材料采用与实施例1相同的工艺步骤制作成氧化锌压敏陶瓷。

本实施例所制作的氧化锌压敏电阻经性能测试，电位梯度达到1230V/mm，漏电流4.6μA，非线性系数为46。

实施例3

本实施例中，由摩尔比为ZnO 96.34％，MnO₂ 0.5％，Co₂O₃ 0.8％，Bi₂O₃ 0.7％，Cr₂O₃ 0.5％，Sb₂O₃ 1.0％，Y(NO₃)₃ 0.16％，混合均匀形成氧化锌压敏电阻材料，上述材料采用与实施例1相同的工艺步骤制作成氧化锌压敏陶瓷，与实施例1不同之处在于烧结工序的烧结温度为1000℃。

本实施例所制作的氧化锌压敏电阻经性能测试，电位梯度达到1050V/mm，漏电流8.7μA，非线性系数为32。

Claims (2)

1.一种稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料，其特征在于该材料按摩尔百分比包括下述组分：ZnO 94-98％为主体材料，MnO₂、Co₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Sb₂O₃各为0.1-1.0％，稀土硝酸盐为0.01-2.0％，其中稀土硝酸盐为硝酸钇、硝酸镨或硝酸锶中的一种。

2.一种用于权利要求1所述的稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)按权利要求1所述的稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料组分进行配料，采用氧化锆球、聚乙烯罐，无水乙醇和蒸馏水为球磨介质，在变频行星式球磨机中湿磨5h，转速500rpm，氧化锆球∶配料粉∶无水乙醇∶蒸馏水的质量比为100∶5∶18∶2；球磨好的浆料在70℃烘24h后成干粉，700℃煅烧2h；

2)煅烧后的粉体，采用氧化锆球、聚乙烯罐，在变频行星式球磨机中干磨1h，转速500rpm；干磨后粉体添加8％质量浓度为2％的PVA后压制成形；

3)压制成形的坯体在电阻炉中以5℃/min升温至500-600℃，空气气氛中保温2h，随炉冷却；预处理后的坯体以5℃/min升温至900-1200℃，再在900-1200℃空气气氛中保温2h，随炉冷却，即得稀土硝酸盐掺杂氧化锌压敏陶瓷材料。