高電壓梯度、低泄露電流壓敏電阻陶瓷材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及材料化學(xué)領(lǐng)域，特別是一種陶瓷材料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO壓敏電阻是以ZnO為主要原料，添加少量的Bi 203、Sb203、Mn02、Cr203、Co203、和銀玻璃粉等作為輔助成份，采用陶瓷燒結(jié)工藝制備而成。由于其優(yōu)異的非線性伏安特性和能量吸收能力，以其為核心器件的避雷器是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵保護(hù)設(shè)備，為電力系統(tǒng)雷電過(guò)電壓防護(hù)、電力設(shè)備絕緣配合的關(guān)鍵設(shè)備。
[0003]—般將ImA直流電流作用下壓敏電阻的電壓稱為壓敏電壓UlmA，單位高度的壓敏電壓稱為壓敏梯度。壓敏梯度越高，則相同電壓作用下壓敏電阻陶瓷的高度就越小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種高電壓梯度、低泄露電流壓敏電阻陶瓷材料的制備方法。具體設(shè)計(jì)方案為:
[0005]—種高電壓梯度、低泄露電流壓敏電阻陶瓷材料的制備方法，制備原料包括氧化鋅ZnO、氧化祕(mì)Bi2Cfe、三氧化二鋪Sb2O3、二氧化猛MnO2、氧化絡(luò)Cr2O3、三氧化二鈷C02O3、二氧化硅S12、氧化銀Ag2O、硝酸銦In (NO3) 3，
[0006]所述制備原料還包括硝酸釔Y(NO3)3或氧化釔Y2O3中的一種，
[0007]制備步驟包括制備輔助添加漿料、添加ZnO、添加銀離子、添加銦離子、添加釔離子、成型、燒結(jié)。
[0008]各制備原料的摩爾比為:
[0009]ZnO:Bi2〇3: Sb2〇3:Μη〇2:Cr2〇3:C02O3: S1O2:Ag20: Ιη(Ν〇3)3: Y(N〇3)3 = 87.5?95.8:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.卜1.0:0.卜1.0:1.0-1.5 ο
[0010]ZnO: Bi2〇3: Sb2〇3:Μη〇2: Cr2〇3: C02O3: S1O2: Ag2〇:In(NO3)3: Y2O3 = 87.5?95.8:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0:1.0-1.5
[0011 ] 制備輔助添加漿料步驟中，成分包括Bi2O3、Sb2O3、Mn02、Cr2O3、Co2O3、S12，輔助添加漿料的制備方法為加水砂磨，加水砂磨時(shí)間為l_3h，加水砂磨過(guò)程中加入的水為去離子水，所加入去離子水與所述輔助添加漿料的質(zhì)量份數(shù)比為去離子水2份、輔助添加漿料I份，所加入的Bi203、Mn02、Cr203、Co203、Si02的摩爾比為:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:
0.5~1.5:1.0~2.0 ο
[0012]所述成型步驟為壓片成型，使用液壓壓片機(jī)以及直徑30mm的圓柱形模具，將干燥造粒后的顆粒料壓片成型，成型壓力為150MPa，成型時(shí)間2.5min。
[0013]采用高溫爐進(jìn)行燒結(jié)，采用100?250°C/h的升溫速度，使高溫爐升至400°C，在400°(:環(huán)境下保溫排膠4h，從室溫升溫至燒結(jié)溫度1200?1300°C，在燒結(jié)溫度下保溫3?4h，使陶瓷燒結(jié)致密。
[0014]添加ZnO過(guò)程中，加入的ZnO與輔助添加漿料中Bi2O3的摩爾比為87.5?95.8:0.5-2.0，添加ZnO后進(jìn)行混合砂磨形成漿料，混合砂磨時(shí)間為l_2h，混合砂磨過(guò)程中需加入去離子水，所加入的去離子水與漿料的質(zhì)量份數(shù)比為去離子水I份、漿料0.5份。
[0015]添加銀離子、銦離子、釔離子步驟中:
[0016]加入厶820、111(勵(lì)3)3、￥(腸3)3與漿料中2110的摩爾比為0.1-1.0:0.1-1.0:87.5?95.8，繼續(xù)砂磨，形成粉料；
[0017]加入厶820、111(勵(lì)3)3、￥203與漿料中2110的摩爾比為0.1-1.0:0.1-1.0:0.5?1.5:87.5?95.8，繼續(xù)砂磨，形成粉料。
[0018]通過(guò)本發(fā)明的上述技術(shù)方案得到的高電壓梯度、低泄露電流壓敏電阻陶瓷材料的制備方法，其有益效果是:
[0019]采用傳統(tǒng)原料混合研磨工藝以及燒結(jié)工藝，通過(guò)調(diào)整輔助添加料的成份和比例，在ZnO及混合漿料中同時(shí)添加了 Ag、In和稀土 Y元素。Ag和In離子的共同作用下，在燒結(jié)過(guò)程中Ag和In固溶進(jìn)鋅晶格，降低了晶粒電阻，降低了大電流區(qū)的殘壓，In離子的存在，使得間隙鋅離子的數(shù)量下降，提高了ZnO壓敏電阻陶瓷的老化穩(wěn)定性能，與單純添加Ag離子相比，泄漏電流也得到有效抑制。添加的稀土元素Y在液相燒結(jié)的過(guò)程中，有效抑制了ZnO晶粒的生長(zhǎng)，促使拐點(diǎn)電壓UlmA得以顯著提高;在V-1特性曲線上，反轉(zhuǎn)區(qū)右移，提高了本配方制備的ZnO壓敏電阻泄放電流的能力。
【具體實(shí)施方式】
[0020]一種高電壓梯度、低泄露電流壓敏電阻陶瓷材料的制備方法，制備原料包括氧化鋅ZnO、氧化祕(mì)M2O3、三氧化二鋪Sb203、二氧化猛Μηθ2、氧化絡(luò)Cr203、三氧化二鈷C02O3、二氧化硅S12、氧化銀Ag2O、硝酸銦In (NO3) 3，
[0021 ]所述制備原料還包括硝酸釔Y(NO3)3或氧化釔Y2O3中的一種，
[0022]制備步驟包括制備輔助添加漿料、添加ZnO、添加銀離子、添加銦離子、添加釔離子、成型、燒結(jié)。
[0023]各制備原料的摩爾比為:
[0024]ZnO:Bi2O3: Sb2O3-MnO2:Cr2O3:Co203:Si02:Ag2O:1n(NO3)3:Υ(Ν03)3 = 87.5?95.8:0.5-2.0: 0.5-1.5:0.5-1.0: 0.5-1.0: 0.5-1.5:1.0-2.0: 0.H.0: 0.H.0:1.0-1.5 ο
[0025]ZnO: Bi2O3: Sb2O3:MnO2: Cr2O3: C02O3: S12: Ag2O:1n(NO3)3: Y2O3 = 87.5?95.8:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0:1.0-1.5
[0026]制備輔助添加漿料步驟中，成分包括Bi2O3、Sb2O3、Mn02、Cr2O3、Co2O3、S12，輔助添加漿料的制備方法為加水砂磨，加水砂磨時(shí)間為l_3h，加水砂磨過(guò)程中加入的水為去離子水，所加入去離子水與所述輔助添加漿料的質(zhì)量份數(shù)比為去離子水2份、輔助添加漿料I份，所加入的Bi203、Mn02、Cr203、Co203、Si02的摩爾比為:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:
0.5~1.5:1.0~2.0 ο
[0027]所述成型步驟為壓片成型，使用液壓壓片機(jī)以及直徑30mm的圓柱形模具，將干燥造粒后的顆粒料壓片成型，成型壓力為150MPa，成型時(shí)間2.5min。
[0028]采用高溫爐進(jìn)行燒結(jié)，采用100?250°C/h的升溫速度，使高溫爐升至400°C，在400°(:環(huán)境下保溫排膠4h，從室溫升溫至燒結(jié)溫度1200?1300°C，在燒結(jié)溫度下保溫3?4h，使陶瓷燒結(jié)致密。
[0029]添加ZnO過(guò)程中，加入的ZnO與輔助添加漿料中Bi2O3的摩爾比為87.5?95.8:0.5-2.0，添加ZnO后進(jìn)行混合砂磨形成漿料，混合砂磨時(shí)間為l_2h，混合砂磨過(guò)程中需加入去離子水，所加入的去離子水與漿料的質(zhì)量份數(shù)比為去離子水I份、漿料0.5份。
[0030]添加銀離子、銦離子、釔離子步驟中:
[0031]加入厶820、111(勵(lì)3)3、￥(腸3)3與漿料中2110的摩爾比為0.1-1.0:0.1-1.0:87.5?95.8，繼續(xù)砂磨，形成粉料；
[0032]加入厶820、111(勵(lì)3)3、￥203與漿料中2110的摩爾比為0.1-1.0:0.1-1.0:0.5?1.5:87.5?95.8，繼續(xù)砂磨，形成粉料。
[0033]實(shí)施例一:
[0034]I)原料配制
[0035]該低殘壓ZnO壓敏電阻陶瓷材料按以下比例ZnO(90moI % )、Bi203(I.5moI % )、Sb2〇3( Imol % )、Μη〇2( Imol % )、Cr 2()3( lmol%)、Co203(lmol%)、Si02(l.5mol % )、Ag2〇(lmol%)、In(N03)3(lmol%)和 Y(N03)3(lmol%)配制初始原料。
[0036]2)制備輔助添加漿料
[0037]將Β?2〇3(1.5mol % )、Sb203( Imol % )、MnC>2( Imol % )、Cr203( Imol % )、Co203( Imol % )和Si02( 1.5mol%)放入臥式砂磨機(jī)中，加入粉料重量2倍的去離子水，砂磨I個(gè)小時(shí)。
[0038]3)將輔助添加漿料和ZnO混合
[0039 ]在砂磨后的輔助添加漿料中加入90 % mo I的ZnO，添加粉料重量I倍的去離子水，將所有混合原料混合砂磨I個(gè)小時(shí)，至分散均勻?yàn)橹埂?br>[0040]4)添加銀、銦和釔離子
[0041]在混合均勻的ZnO漿料中，添加Ag2OUmol% )、In(N03)3( Imol % WPY(NO3)3(lmol% )，繼續(xù)砂磨2小時(shí)。
[0042]5)成型
[0043]將上一步中得到的粉料進(jìn)行噴霧干燥、含水后，使用液壓壓片機(jī)以及直徑50mm的圓柱形模具，將顆粒料壓片成型，成型壓力為150MPa，保壓時(shí)間3分鐘。
[0044]6)燒結(jié)
[0045]用高溫電爐在封閉氣氛中燒結(jié)坯體，具體溫度和控制時(shí)間如下:
[0046]從室溫至400°C，升溫時(shí)間2小時(shí)；
[0047]在400°C保溫排膠4小時(shí)；
[0048]從400°C至900°C，升溫時(shí)間3小時(shí)；
[0049]從900°C至1250°C，升溫時(shí)間3小時(shí)