高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及材料化学领域，特别是一种陶瓷材料制备方法。
【背景技术】
[0002]ZnO压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加少量的Bi 203、Sb203、Mn02、Cr203、Co203、和银玻璃粉等作为辅助成份，采用陶瓷烧结工艺制备而成。由于其优异的非线性伏安特性和能量吸收能力，以其为核心器件的避雷器是电力系统的关键保护设备，为电力系统雷电过电压防护、电力设备绝缘配合的关键设备。
[0003]—般将ImA直流电流作用下压敏电阻的电压称为压敏电压UlmA，单位高度的压敏电压称为压敏梯度。压敏梯度越高，则相同电压作用下压敏电阻陶瓷的高度就越小。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法。具体设计方案为:
[0005]—种高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法，制备原料包括氧化锌ZnO、氧化祕Bi2Cfe、三氧化二铺Sb2O3、二氧化猛MnO2、氧化络Cr2O3、三氧化二钴C02O3、二氧化硅S12、氧化银Ag2O、硝酸铟In (NO3) 3，
[0006]所述制备原料还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种，
[0007]制备步骤包括制备辅助添加浆料、添加ZnO、添加银离子、添加铟离子、添加钇离子、成型、烧结。
[0008]各制备原料的摩尔比为:
[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 ] 制备辅助添加浆料步骤中，成分包括Bi2O3、Sb2O3、Mn02、Cr2O3、Co2O3、S12，辅助添加浆料的制备方法为加水砂磨，加水砂磨时间为l_3h，加水砂磨过程中加入的水为去离子水，所加入去离子水与所述辅助添加浆料的质量份数比为去离子水2份、辅助添加浆料I份，所加入的Bi203、Mn02、Cr203、Co203、Si02的摩尔比为: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]所述成型步骤为压片成型，使用液压压片机以及直径30mm的圆柱形模具，将干燥造粒后的颗粒料压片成型，成型压力为150MPa，成型时间2.5min。
[0013]采用高温炉进行烧结，采用100?250°C/h的升温速度，使高温炉升至400°C，在400°(:环境下保温排胶4h，从室温升温至烧结温度1200?1300°C，在烧结温度下保温3?4h，使陶瓷烧结致密。
[0014]添加ZnO过程中，加入的ZnO与辅助添加浆料中Bi2O3的摩尔比为87.5?95.8:0.5-2.0，添加ZnO后进行混合砂磨形成浆料，混合砂磨时间为l_2h，混合砂磨过程中需加入去离子水，所加入的去离子水与浆料的质量份数比为去离子水I份、浆料0.5份。
[0015]添加银离子、铟离子、钇离子步骤中:
[0016]加入厶820、111(勵3)3、￥(腸3)3与浆料中2110的摩尔比为0.1-1.0:0.1-1.0:87.5?95.8，继续砂磨，形成粉料；
[0017]加入厶820、111(勵3)3、￥203与浆料中2110的摩尔比为0.1-1.0:0.1-1.0:0.5?1.5:87.5?95.8，继续砂磨，形成粉料。
[0018]通过本发明的上述技术方案得到的高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法，其有益效果是:
[0019]采用传统原料混合研磨工艺以及烧结工艺，通过调整辅助添加料的成份和比例，在ZnO及混合浆料中同时添加了 Ag、In和稀土 Y元素。Ag和In离子的共同作用下，在烧结过程中Ag和In固溶进锌晶格，降低了晶粒电阻，降低了大电流区的残压，In离子的存在，使得间隙锌离子的数量下降，提高了ZnO压敏电阻陶瓷的老化稳定性能，与单纯添加Ag离子相比，泄漏电流也得到有效抑制。添加的稀土元素Y在液相烧结的过程中，有效抑制了ZnO晶粒的生长，促使拐点电压UlmA得以显著提高;在V-1特性曲线上，反转区右移，提高了本配方制备的ZnO压敏电阻泄放电流的能力。
【具体实施方式】
[0020]一种高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法，制备原料包括氧化锌ZnO、氧化祕M2O3、三氧化二铺Sb203、二氧化猛Μηθ2、氧化络Cr203、三氧化二钴C02O3、二氧化硅S12、氧化银Ag2O、硝酸铟In (NO3) 3，
[0021 ]所述制备原料还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种，
[0022]制备步骤包括制备辅助添加浆料、添加ZnO、添加银离子、添加铟离子、添加钇离子、成型、烧结。
[0023]各制备原料的摩尔比为:
[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]制备辅助添加浆料步骤中，成分包括Bi2O3、Sb2O3、Mn02、Cr2O3、Co2O3、S12，辅助添加浆料的制备方法为加水砂磨，加水砂磨时间为l_3h，加水砂磨过程中加入的水为去离子水，所加入去离子水与所述辅助添加浆料的质量份数比为去离子水2份、辅助添加浆料I份，所加入的Bi203、Mn02、Cr203、Co203、Si02的摩尔比为: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]所述成型步骤为压片成型，使用液压压片机以及直径30mm的圆柱形模具，将干燥造粒后的颗粒料压片成型，成型压力为150MPa，成型时间2.5min。
[0028]采用高温炉进行烧结，采用100?250°C/h的升温速度，使高温炉升至400°C，在400°(:环境下保温排胶4h，从室温升温至烧结温度1200?1300°C，在烧结温度下保温3?4h，使陶瓷烧结致密。
[0029]添加ZnO过程中，加入的ZnO与辅助添加浆料中Bi2O3的摩尔比为87.5?95.8:0.5-2.0，添加ZnO后进行混合砂磨形成浆料，混合砂磨时间为l_2h，混合砂磨过程中需加入去离子水，所加入的去离子水与浆料的质量份数比为去离子水I份、浆料0.5份。
[0030]添加银离子、铟离子、钇离子步骤中:
[0031]加入厶820、111(勵3)3、￥(腸3)3与浆料中2110的摩尔比为0.1-1.0:0.1-1.0:87.5?95.8，继续砂磨，形成粉料；
[0032]加入厶820、111(勵3)3、￥203与浆料中2110的摩尔比为0.1-1.0:0.1-1.0:0.5?1.5:87.5?95.8，继续砂磨，形成粉料。
[0033]实施例一:
[0034]I)原料配制
[0035]该低残压ZnO压敏电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)制备辅助添加浆料
[0037]将Β?2〇3(1.5mol % )、Sb203( Imol % )、MnC>2( Imol % )、Cr203( Imol % )、Co203( Imol % )和Si02( 1.5mol%)放入卧式砂磨机中，加入粉料重量2倍的去离子水，砂磨I个小时。
[0038]3)将辅助添加浆料和ZnO混合
[0039 ]在砂磨后的辅助添加浆料中加入90 % mo I的ZnO，添加粉料重量I倍的去离子水，将所有混合原料混合砂磨I个小时，至分散均匀为止。
[0040]4)添加银、铟和钇离子
[0041]在混合均匀的ZnO浆料中，添加Ag2OUmol% )、In(N03)3( Imol % WPY(NO3)3(lmol% )，继续砂磨2小时。
[0042]5)成型
[0043]将上一步中得到的粉料进行喷雾干燥、含水后，使用液压压片机以及直径50mm的圆柱形模具，将颗粒料压片成型，成型压力为150MPa，保压时间3分钟。
[0044]6)烧结
[0045]用高温电炉在封闭气氛中烧结坯体，具体温度和控制时间如下:
[0046]从室温至400°C，升温时间2小时；
[0047]在400°C保温排胶4小时；
[0048]从400°C至900°C，升温时间3小时；
[0049]从900°C至1250°C，升温时间3小时