專利名稱：復合稀土氧化物摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種復合稀土氧化物摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料，屬功能陶瓷材 料制造技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
Zn0壓敏陶瓷是以Zn0粉料為主體，添加微量的其他金屬氧化物添加劑(如 BiA， Sb203, Co203, Mn02， Cr203等)，經(jīng)過混合、成型后在高溫下燒結(jié)而成的多 晶半導體陶瓷元件。
自1968年日本松下開發(fā)出ZnO壓敏電阻以來，ZnO壓敏電阻就以其造價低廉、 制造方便、非線性系數(shù)大、響應時間快、殘壓低、電壓溫度系數(shù)小、漏電流小等 優(yōu)良性能，應用廣泛于高壓輸電線路、城市地鐵直流供電線路以及鐵路電網(wǎng)系統(tǒng)。 隨著超高電壓大功率輸變電工程的發(fā)展，對輸變電設備的安全性和可靠性要求越 來越高，為了配合輸電電網(wǎng)向超高壓等級發(fā)展的需求，迫切需要提供參數(shù)先進、 性能優(yōu)良、可靠性高的壓敏陶瓷材料。
在氧化鋅壓敏瓷中摻雜適量的稀土氧化物，稀土氧化物釘扎在于晶界處，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 ZnO壓敏陶瓷進行改性，是提高陶瓷介質(zhì)電位梯度的一種重要方法。中國專利 CN1844044A通過對稀土氧化物Ce203、 001203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/腿左右，非線性系數(shù)約為23的壓敏電阻。上述方法一般釆用稀土氧化物 來提高氧化鋅壓敏瓷的電位梯度，但是壓敏瓷的綜合電性能有進一步提高的空 間。同時，目前關(guān)于稀土氧化物摻雜的研究重點主要集中在添加劑的種類對傳統(tǒng) ZnO"Bi203系壓敏陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的影響，如果添加劑種類選擇不當或添加量不合 適均會影響陶瓷介質(zhì)電位梯度的提高和綜合電性能的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)品性能良好、生產(chǎn)成本低，可適合于工業(yè)化生產(chǎn) 的復合稀土氧化物摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種復合稀土氧化物摻雜的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Zn0 95%—98%為主體材料，Mn02、 Co203、 Bi203、 Cr203、 Sb203 各為0. 1%—1.0%，復合稀土氧化物為0.01%—0.4%，其中，復合稀土氧化物為 0.01%—0.2% ScA和0.01%—0.2%稀土氧化物丫203、 La203、 Ce203、 Er203、 Dy203、 Nd203中的一種;或者復合稀土氧化物為0. 01%—0. 2% Sc203、 0. 001%—0. 01% A1203 的混合物和0. 01%—0. 2%稀土氧化物丫203、 La203、 Ce203、 Er203、 Dy203、配203中的 一種。
本發(fā)明的復合稀土氧化物摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料的制備方法采用如下 工藝過程和步驟
(1) 分別稱量按摩爾比為ZnO 95%—98%, Mn02 、 Co203、 Bi203、 Cr203、 SbA各為 0.1%—1.0%，復合稀土氧化物為0.01%—0.4%，其中，復合稀土氧化物為 0.01%—0.2% ScA禾口 0.01%—0.2%稀土氧化物Y203、 La203、 Ce203、 Er203、 Dy203、 NdA中的一種；或者復合稀土氧化物為0. 01%—0. 2% Sc203、 0.001% —0. 01% A1A的混合物和0. 01%—0. 2%稀土氧化物Y203、 LaA、 Ce203、 Er203、 Dy203、配203中的一種。
(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 球磨機中濕磨5h，轉(zhuǎn)速500rpm，球粉無水乙醇的質(zhì)量比為20: 1: 4。
(3) 球磨好的漿料在7(TC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中干磨lh， 轉(zhuǎn)速500rpm。
(6) 干磨后粉體添加8%質(zhì)量分數(shù)為2%的PVA后壓制成形。
(7) 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。
(8) 預處理后的坯體以5。C/min升溫至900—1200°C，再在900—1200。C空氣氣 氛中保溫2h，隨爐冷卻，即得復合稀土氧化物摻雜的氧化鋅壓敏陶瓷材料。 由于稀土氧化物中陽離子半徑大小與鋅離子半徑大小的不同，再加上稀土氧
化物摻雜濃度的不同，根據(jù)ZnO的晶粒電導率和晶界特性稀土氧化物在ZnO晶體中的摻雜方式可分為施主摻雜和受主摻雜。施主摻雜增加了 Zn0的晶粒電導率和 提高了壓敏電阻大電流區(qū)的性能，從而使非線性顯著提高，同時會導致小電流區(qū) 的漏電流增大；受主摻雜降低了漏電流，但會造成壓敏電阻大電流區(qū)的壓敏性能 和能量吸收有所惡化。
本發(fā)明通過調(diào)整復合稀土氧化物的合理比例，結(jié)合制備方法制備的Zn0壓 敏陶瓷材料，其在900—1100。C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，組織均勻無明顯團聚體，電位梯度提高到1300—1600V/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)點是工藝簡單，制造成本低。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。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實施例敘述于后。 實施例1
(1) 分別稱量按摩爾比為Zn0 96. 72%， Mn02 0 . 5%， Co203 0. 5%， Bi203 0.5%， Cr203 0. 5%， Sb203 1.0 %， Sc203 0. 2%， Y203 0. 08%。
(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 球磨機中濕磨5h，轉(zhuǎn)速500rpm，球粉無水乙醇的質(zhì)量比為20: 1: 4。
(3) 球磨好的漿料在7(TC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中干磨lh， 轉(zhuǎn)速500rpm。
(6) 干磨后粉體添加8%質(zhì)量分數(shù)為2%的PVA后壓制成形。
(7) 壓制成形的坯體在電阻爐中以5'C/min升溫至50(TC，空氣氣氛中保溫2h， 隨爐冷卻。
(8) 預處理后的坯體以5'C/min升溫至90(TC，再在90(TC空氣氣氛中保溫2h， 隨爐冷卻。
本實施例所制作的氧化鋅壓敏電阻經(jīng)性能測試，電位梯度達到1600V/mm，漏 電流6.9uA，非線性系數(shù)為35。 實施例2本實施例中，由摩爾比為ZnO 96.3%， Mn02 0.5%， Co203 0.8%， Bi203 0.7%， Cr20., 0.5%， Sb203 1.0%， Sc203 0.1%， Y203 0.1%?；旌暇鶆蛐纬裳趸\壓敏電阻 材料，上述材料采用與實施例l相同的工藝步驟制作成氧化鋅壓敏陶瓷，與實施 例1不同之處在于燒結(jié)工序的燒結(jié)溫度為iooo'c。
本實施例所制作的氧化鋅壓敏電阻經(jīng)性能測試，電位梯度達到1320V/mm，漏 電流IO. 5uA，非線性系數(shù)為33。 實施例3
本實施例中，由摩爾比為Zn0 96. 21%， Mn02 0 . 5%， Co203 0. 8%， Bi203 0. 7%， Cr203 0. 5%， Sb203 1. 0%， Sc203 0. 08%， A1203 0. 01%， Y203 0. 2%。混合均勻形成氧 化鋅壓敏電阻材料，上述材料采用與實施例1相同的工藝步驟制作成氧化鋅壓敏 陶瓷，與實施例1不同之處在于燒結(jié)工序的燒結(jié)溫度為IIO(TC。
本實施例所制作的氧化鋅壓敏電阻經(jīng)性能測試，電位梯度達到1430V/mm，漏 電流2.3uA，非線性系數(shù)為46。
權(quán)利要求
1. 一種復合稀土氧化物摻雜的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 95％-98％為主體材料，MnO2、Co2O3、Bi2O3、Cr2O3、Sb2O3各為0.1％-1.0％，復合稀土氧化物為0.01％-0.4％，其中，復合稀土氧化物為0.01％-0.2％Sc2O3和0.01％-0.2％稀土氧化物Y2O3、La2O3、Ce2O3、Er2O3、Dy2O3、Nd2O3中的一種；或者復合稀土氧化物為0.01％-0.2％Sc2O3、0.001％-0.01％Al2O3的混合物和0.01％-0.2％稀土氧化物Y2O3、La2O3、Ce2O3、Er2O3、Dy2O3、Nd2O3中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復合稀土氧化物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 95％-98％為主體材料，MnO₂、Co₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Sb₂O₃各為0.1％-1.0％，復合稀土氧化物為0.01％-0.4％，其中復合稀土氧化物為未摻雜或摻有Al₂O₃的Sc₂O₃和稀土氧化物Y₂O₃、La₂O₃、Ce₂O₃、Er₂O₃、Dy₂O₃、Nd₂O₃中的一種。本發(fā)明通過調(diào)整復合稀土氧化物的合理比例，使氧化鋅壓敏陶瓷的電位梯度提高到1300-1600V/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C04B35/01GK101279844SQ200810037729
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者吳振紅, 巫欣欣, 東 徐, 施利毅, 鐘慶東 申請人:上海大學