專利名稱：稀土硝酸鹽摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土硝酸鹽摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料及其制備方法，屬功 能陶瓷材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景自1968年日本松下開發(fā)出Zn0壓敏電阻以來，ZnO壓敏電阻以其造價(jià)低廉、 制造方便、非線性系數(shù)大、響應(yīng)時(shí)間快、殘壓低、電壓溫度系數(shù)小、泄漏電流小 等優(yōu)良性能，廣泛地應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)中，作為過電壓保護(hù)器、浪涌吸收器、 變阻器和避雷器等，成為目前壓敏元件中的重要類型。在氧化鋅壓敏瓷中摻雜適量的稀土氧化物，稀土氧化物釘扎在晶界處，明顯 抑制了ZnO晶粒的生長，使壓敏瓷的壓敏電壓明顯提高。稀土氧化物摻雜對(duì)ZnO 壓敏陶瓷進(jìn)行改性，是提高陶瓷介質(zhì)電位梯度的一種重要方法。中國專利 CN1181502C報(bào)道了采用部分納米氧化鋅，稀土金屬摻雜的ZnO壓敏瓷，經(jīng)1160 'C燒結(jié)2h燒結(jié)后得到具有優(yōu)良的綜合性能的壓敏電阻，其壓敏電壓為580V。中 國專利CN1844044A通過對(duì)稀土氧化物Ce203、 GdA單摻雜和雙摻雜，并調(diào)整摻雜 含量的合理比例，在1100-118(TC燒結(jié)得到的陶瓷介質(zhì)，電位梯度可提高到 500V/mm以上。中國專利CN1801409A在ZnO壓敏瓷中添加適量Y203，得到電位梯 度為2000V/mm左右，非線性系數(shù)約為23的壓敏電阻。上述方法一般采用稀土氧 化物來提高氧化鋅壓敏瓷的電位梯度，但是由于稀土元素常共生在一起，比較分 散，多以離子化合物形式存在，分離困難，提取成本較大，故稀土金屬及其氧化 物價(jià)格昂貴，難以在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是提供一種產(chǎn)品性能良好、生產(chǎn)成本低，可適合于工業(yè)化 生產(chǎn)的稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶瓷材料。本發(fā)明的目的之二是提供一種稀土硝酸鹽摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料的制 備方法。一種稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶瓷材料，其特征在于該材料按摩爾百分比 包括下述組分ZnO 94—98。/。為主體材料，Mn02、 CoA、 Bi203、 Cr203、 Sb203各為0.1—1.0%，稀土硝酸鹽為0.01—2.0%，其中稀土硝酸鹽為硝酸釔、硝酸鐠或硝 酸鍶中的一種。一種用于上述的稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶瓷材料的制備方法，其特征在 于該方法包括如下步驟1) 按上述的稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶瓷材料組分進(jìn)行配料，采用氧化鋯球、 聚乙烯罐，無水乙醇和蒸餾水為球磨介質(zhì)，在變頻行星式球磨機(jī)中濕磨5h， 轉(zhuǎn)速500rpm，氧化鋯球配料粉無水乙醇蒸餾水的質(zhì)量比為100: 5: 18:2;球磨好的漿料在7(TC烘24h后成干粉，70(TC煅燒2h;2) 煅燒后的粉體，采用氧化鋯球、聚乙烯罐，在變頻行星式球磨機(jī)中干磨lh， 轉(zhuǎn)速500rpm;干磨后粉體添加8%質(zhì)量濃度為2%的PVA后壓制成形；3) 壓制成形的坯體在電阻爐中以5'C/min升溫至500—60(TC，空氣氣氛中保溫 2h，隨爐冷卻；預(yù)處理后的坯體以5'C/min升溫至900—120(TC，再在900 一120(TC空氣氣氛中保溫2h，隨爐冷卻，即得稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶 瓷材料。稀土硝酸鹽由于制備容易，價(jià)格相對(duì)較低，在功能陶瓷制造領(lǐng)域使用能較大 幅度的降低生產(chǎn)成本。采用稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶瓷，由于稀土硝酸鹽在 球磨介質(zhì)中形成溶液，干燥后能比較均勻的分散在漿料中，燒結(jié)后使顯微組織均 勻細(xì)小，壓敏陶瓷的電性能得到提高。利用本發(fā)明的配方制備的ZnO壓敏陶瓷 材料，其在900—IIO(TC燒結(jié)得到壓敏陶瓷，產(chǎn)品具有優(yōu)異的綜合性能，致密度 高氣孔率低，組織均勻無明顯團(tuán)聚體，電位梯度提高到1000—1300V/mm，非線 性系數(shù)為30—50，漏電流為2—20uA。本發(fā)明制備高壓氧化鋅壓敏電阻方法的 優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，制造成本低。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例敘述于后。 實(shí)施例1(1) 分別稱量按摩爾比為Zn0 96.84%， Mn02 0 . 5%， CoAO. 5°/。， Bi203 0.5%， Cr203 0.5%、 Sb203 1.0%， Y(N03) 3 0.16%。(2) 采用氧化鋯球、聚乙烯罐，無水乙醇和蒸餾水為球磨介質(zhì)，在變頻行星式 球磨機(jī)中濕磨5h，轉(zhuǎn)速500rpm，氧化鋯球配料粉無水乙醇蒸餾水的質(zhì)量比為100: 5: 18: 2。(3) 球磨好的漿料在70'C烘24h成干粉。(4) 700。C煅燒2h。(5) 煅燒后的粉體，采用氧化鋯球、聚乙烯罐，在變頻行星式球磨機(jī)中干磨lh, 轉(zhuǎn)速500rpm。(6) 干磨后粉體添加8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的PVA后壓制成形。(7) 壓制成形的坯體在電阻爐中以5XVmin升溫至5(XTC，空氣氣氛中保溫2h， 隨爐冷卻。(8) 預(yù)處理后的坯體以5'C/min升溫至90(TC，再在90(TC空氣氣氛中保溫2h， 隨爐冷卻。本實(shí)施例所制作的氧化鋅壓敏電阻經(jīng)性能測(cè)試，電位梯度達(dá)到1300V/mm， 漏電流3.6uA，非線性系數(shù)為45。 實(shí)施例2本實(shí)施例中，由摩爾比為ZnO 94.5%， Mn02 0.5%， Co20:i 0.8%， Bi203 0.7%, CrA 0.5%， Sb203 1.0%， Y(N03)3 2.0%，混合均勻形成氧化鋅壓敏電阻材料，上 述材料采用與實(shí)施例1相同的工藝步驟制作成氧化鋅壓敏陶瓷。本實(shí)施例所制作的氧化鋅壓敏電阻經(jīng)性能測(cè)試，電位梯度達(dá)到1230V/mm， 漏電流4.6wA，非線性系數(shù)為46。 實(shí)施例3本實(shí)施例中，由摩爾比為ZnO 96.34%, Mn02 0.5%， Co203 0.8%， Bi203 0.7%， Cr203 0.5%， Sb203 1.0%， Y(N03) 3 0. 16°/。，混合均勻形成氧化鋅壓敏電阻材料，上 述材料采用與實(shí)施例1相同的工藝步驟制作成氧化鋅壓敏陶瓷，與實(shí)施例1不同 之處在于燒結(jié)工序的燒結(jié)溫度為IOOO'C。本實(shí)施例所制作的氧化鋅壓敏電阻經(jīng)性能測(cè)試，電位梯度達(dá)到1050V/mm， 漏電流8. 7 u A，非線性系數(shù)為32。
權(quán)利要求
1. 一種稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶瓷材料，其特征在于該材料按摩爾百分比包括下述組分ZnO 94-98％為主體材料，MnO2、Co2O3、Bi2O3、Cr2O3、Sb2O3各為0.1-1.0％，稀土硝酸鹽為0.01-2.0％，其中稀土硝酸鹽為硝酸釔、硝酸鐠或硝酸鍶中的一種。
2. —種用于權(quán)利要求1所述的稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶瓷材料的制備方 法，其特征在于該方法包括如下步驟1) 按權(quán)利要求1所述的稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶瓷材料組分進(jìn)行配料，采 用氧化鋯球、聚乙烯罐，無水乙醇和蒸餾水為球磨介質(zhì)，在變頻行星式球磨 機(jī)中濕磨5h,轉(zhuǎn)速500rpm，氧化鋯球配料粉無水乙醇蒸餾水的質(zhì)量比 為100: 5: 18: 2;球磨好的漿料在7(TC烘24h后成干粉，70(TC煅燒2h;2) 煅燒后的粉體，采用氧化鋯球、聚乙烯罐，在變頻行星式球磨機(jī)中干磨lh， 轉(zhuǎn)速500rpm;干磨后粉體添加8%質(zhì)量濃度為2%的PVA后壓制成形；3) 壓制成形的坯體在電阻爐中以5'C/min升溫至500—60(TC，空氣氣氛中保溫 2h，隨爐冷卻；預(yù)處理后的坯體以5°C/min升溫至900—1200'C，再在900 一120(TC空氣氣氛中保溫2h，隨爐冷卻，即得稀土硝酸鹽摻雜氧化鋅壓敏陶 瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀土硝酸鹽摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料及制備方法，屬功能陶瓷材料制造技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于氧化鋅壓敏電阻材料按摩爾百分比包括下述組分ZnO 94-98％為主體材料，MnO₂、Co₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Sb₂O₃各為0.1-1.0％，稀土硝酸鹽為0.01-2.0％，其中稀土硝酸鹽為稀土釔、鐠、鍶的硝酸鹽的一種。本發(fā)明通過稀土硝酸鹽摻雜并通過調(diào)整稀土硝酸鹽的合理摻雜濃度，使氧化鋅壓敏陶瓷的顯微組織均勻，電性能得以提高，壓敏陶瓷的電位梯度提高到1000-1300V/mm，非線性系數(shù)為30-50，漏電流為2-20μA。本發(fā)明的壓敏陶瓷可用于制造超高壓電力系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)避雷器產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C04B35/453GK101265083SQ20081003638
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者吳振紅, 巫欣欣, 東 徐, 施利毅, 鐘慶東 申請(qǐng)人:上海大學(xué)