CN105884345A - 一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105884345A
CN105884345A CN201610214584.1A CN201610214584A CN105884345A CN 105884345 A CN105884345 A CN 105884345A CN 201610214584 A CN201610214584 A CN 201610214584A CN 105884345 A CN105884345 A CN 105884345A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zno
voltage
slurry
low
leakage current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610214584.1A
Other languages
English (en)
Inventor
何金良
胡军
孟鹏飞
赵洪峰
谢清云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201610214584.1A priority Critical patent/CN105884345A/zh
Publication of CN105884345A publication Critical patent/CN105884345A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/453—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3241—Chromium oxides, chromates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C04B2235/3267—MnO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3275—Cobalt oxides, cobaltates or cobaltites or oxide forming salts thereof, e.g. bismuth cobaltate, zinc cobaltite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3294—Antimony oxides, antimonates, antimonites or oxide forming salts thereof, indium antimonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3298—Bismuth oxides, bismuthates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc bismuthate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法，其特征在于，配方成分包括氧化锌ZnO、氧化铋Bi2O3、三氧化二锑Sb2O3、二氧化锰MnO2、氧化铬Cr2O3、三氧化二钴Co2O3、二氧化硅SiO2、硝酸铝Al(NO3)3、硝酸铟In(NO3)3。其有益效果是：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Al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U1mA得以显著提高；在V‑I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。

Description

一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料化学领域，特别是一种陶瓷。
背景技术
氧化锌压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加少量的Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3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，基于氧化锌压敏电阻的金属氧化物避雷器成为了现代电力系统中过电压保护的关键设备，为电力系统雷电过电压防护、电力设备绝缘配合起到了至关重要的作用。与此同时，避雷器的过电压保护水平直接决定了输变电设备的绝缘水平。一般将1mA直流电流作用下压敏电阻的电压称为压敏电压U1mA，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
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、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法。具体设计方案为：
一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷，配方成分包括氧化锌ZnO、氧化铋Bi2O3、三氧化二锑Sb2O3、二氧化锰MnO2、氧化铬Cr2O3、三氧化二钴Co2O3、二氧化硅SiO2、硝酸铝Al(NO3)3、硝酸铟In(NO3)3
所述配方成分还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种。
各配方成分的摩尔比为：
ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Al(NO3)3：In(NO3)3：Y(NO3)3＝87.5～95.8:0.5～2.0:0.5～1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：0.5～1.5；
ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Al(NO3)3：In(NO3)3：Y2O3＝87.5～95.8:0.5～2.0:0.5～1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：0.5～1.5。
制备步骤包括制备辅助添加浆料、添加ZnO、添加铝离子、铟离子、钇离子、成型、烧结。
制备辅助添加浆料步骤中，采用卧式砂磨机进行砂磨，砂磨的成分包括Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2，所述砂磨方式为加水砂磨，加水砂磨时间为1-3h，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1份、辅助添加浆料1.5份，
所加入的Bi2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2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。
进行成型步骤前，需进行喷雾干燥、含水。
成型步骤中，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3min。
烧结步骤中，在封闭的气氛条件下：
采用100～250℃/h的升温速度，在400℃保温排胶5h；
从室温升温至烧结温度1240～1260℃，保温3～4h，使陶瓷烧结致密。
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0.5-1h，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1-2份、浆料1份。
添加铝离子、铟离子、钇离子步骤中：
加入Al(NO3)3、In(NO3)3、Y(NO3)3与浆料中ZnO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；
加入Al(NO3)3、In(NO3)3、Y2O3与浆料中ZnO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。
通过本发明的上述技术方案得到的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法，其有益效果是：
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Al、In和稀土Y元素。Al和In离子的共同作用下，在烧结过程中Al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Al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U1mA得以显著提高；在V-I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
一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷，配方成分包括氧化锌ZnO、氧化铋Bi2O3、三氧化二锑Sb2O3、二氧化锰MnO2、氧化铬Cr2O3、三氧化二钴Co2O3、二氧化硅SiO2、硝酸铝Al(NO3)3、硝酸铟In(NO3)3
所述配方成分还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种。
各配方成分的摩尔比为：
ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Al(NO3)3：In(NO3)3：Y(NO3)3＝87.5～95.8:0.5～2.0:0.5～1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：0.5～1.5；
ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Al(NO3)3：In(NO3)3：Y2O3＝87.5～95.8:0.5～2.0:0.5～1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：0.5～1.5。
制备步骤包括制备辅助添加浆料、添加ZnO、添加铝离子、铟离子、钇离子、成型、烧结。
制备辅助添加浆料步骤中，采用卧式砂磨机进行砂磨，砂磨的成分包括Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2，所述砂磨方式为加水砂磨，加水砂磨时间为1-3h，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1份、辅助添加浆料1.5份，
所加入的Bi2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2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。
进行成型步骤前，需进行喷雾干燥、含水。
成型步骤中，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3min。
烧结步骤中，在封闭的气氛条件下：
采用100～250℃/h的升温速度，在400℃保温排胶5h；
从室温升温至烧结温度1240～1260℃，保温3～4h，使陶瓷烧结致密。
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0.5-1h，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1-2份、浆料1份。
添加铝离子、铟离子、钇离子步骤中：
加入Al(NO3)3、In(NO3)3、Y(NO3)3与浆料中ZnO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；
加入Al(NO3)3、In(NO3)3、Y2O3与浆料中ZnO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。
实施例一：
1)原料配制
该低残压ZnO压敏电阻陶瓷材料按以下比例ZnO(90.5mol％)、Bi2O3(1.5mol％)、Sb2O3(1mol％)、MnO2(1mol％)、Cr2O3(1mol％)、Co2O3(1mol％)、SiO2(1.5mol％)、Al(NO3)3(1mol％)、In(NO3)3(0.5mol％)和Y(NO3)3(1mol％)配制初始原料。
2)制备辅助添加浆料
将Bi2O3(1.5mol％)、Sb2O3(1mol％)、MnO2(1mol％)、Cr2O3(1mol％)、Co2O3(1mol％)和SiO2(1.5mol％)放入卧式砂磨机的砂磨罐中，加入粉料重量1.5倍的去离子水，砂磨2个小时。
3)将辅助添加浆料和ZnO混合
在砂磨后的辅助添加浆料中加入90.5％mol的ZnO，添加粉料重量1倍的去离子水，将所有混合原料混合砂磨1个小时，至分散均匀为止。
4)添加铝、铟和钇离子
在混合均匀的ZnO浆料中，添加Al(NO3)3(1mol％)、In(NO3)3(0.5mol％)和Y(NO3)3(1mol％)，继续砂磨1小时。
5)成型
将上一步中得到的粉料进行喷雾干燥干燥、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。
6)烧结
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：
从室温至400℃，升温时间2小时；
在400℃保温排胶5小时；
从400℃至900℃，升温时间3小时；
从900℃至1250℃，升温时间3小时；
在1250℃保温3小时；
自然降温。
对按以上工艺制备得到的ZnO压敏电阻样品进行了各项性能测试。其泄漏电流得到抑制，均值0.98μA/cm2,非线性系数均值79，压敏电压梯度均值440V/mm，残压比均值1.52。
实施例二：
1)原料配制
该低残压ZnO压敏电阻陶瓷材料按以下比例ZnO(95.3mol％)、Bi2O3(0.5mol％)、Sb2O3(0.5mol％)、MnO2(0.5mol％)、Cr2O3(0.5mol％)、Co2O3(0.5mol％)、SiO2(1mol％)、Al(NO3)3(0.6mol％)、In(NO3)3(0.1mol％)和Y2O3(0.5mol％)配制初始原料。
2)制备辅助添加浆料
将Bi2O3(0.5mol％)、Sb2O3(0.5mol％)、MnO2(0.5mol％)、Cr2O3(0.5mol％)、Co2O3(0.5mol％)、SiO2(1mol％)放入卧式砂磨机的砂磨罐中，加入粉料重量1倍的去离子水，砂磨2个小时。
3)将辅助添加浆料和ZnO混合
在砂磨后的辅助添加浆料中加入95.3％mol的ZnO，添加粉料重量1.5倍的去离子水，将所有混合原料混合砂磨1个小时，至分散均匀为止。
4)添加铝、铟和钇离子
在混合均匀的ZnO浆料中，添加Al(NO3)3(0.6mol％)、In(NO3)3(0.1mol％)和Y2O3(0.5mol％)，继续砂磨1小时。
5)成型
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。
6)烧结
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：
从室温至400℃，升温时间2小时；
在400℃保温排胶5小时；
从400℃至900℃，升温时间3小时；
从900℃至1250℃，升温时间3小时；
在1240℃保温4小时；
自然降温。
对按以上工艺制备得到的ZnO压敏电阻样品进行了各项性能测试。其泄漏电流得到抑制，均值0.87μA/cm2,非线性系数均值83，压敏电压梯度均值465V/mm，残压比均值1.49。
实施例三：
1)原料配制
该低残压ZnO压敏电阻陶瓷材料按以下比例ZnO(87.5mol％)、Bi2O3(2mol％)、Sb2O3(1.5mol％)、MnO2(1mol％)、Cr2O3(1mol％)、Co2O3(1.5mol％)、SiO2(2mol％)、Al(NO3)3(1mol％)、In(NO3)3(1mol％)和Y(NO3)3(1.5mol％)配制初始原料。
2)制备砂磨辅助添加料
将Bi2O3(2mol％)、Sb2O3(1.5mol％)、MnO2(1mol％)、Cr2O3(1mol％)、Co2O3(1.5mol％)和SiO2(2mol％)放入卧式砂磨机的砂磨罐中，加入粉料重量1.5倍的去离子水，砂磨2个小时。
3)将辅助添加浆料和ZnO混合
在砂磨后的辅助添加浆料中加入87.5％mol的ZnO，添加粉料重量0.5倍的去离子水，将所有混合原料混合砂磨1个小时，至分散均匀为止。
4)添加铝、铟和钇离子
在混合均匀的ZnO浆料中，添加Al(NO3)3(1mol％)、In(NO3)3(1mol％)和Y(NO3)3(1.5mol％)，继续砂磨1小时。
5)成型
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。
6)烧结
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：
从室温至400℃，升温时间2小时；
在400℃保温排胶5小时；
从400℃至900℃，升温时间3小时；
从900℃至1250℃，升温时间3小时；
在1260℃保温3小时；
自然降温。
对按以上工艺制备得到的ZnO压敏电阻样品进行了各项性能测试。其泄漏电流得到抑制，均值0.94(A/cm2,非线性系数均值77，压敏电压梯度均值510V/mm，残压比均值1.53。
综上所述，本发明所述的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷，能够将ZnO压敏电阻陶瓷的残压比控制在1.5以下，电压梯度高于400V/mm，使泄漏电流小于1(A/cm2，非线性系数在75以上，所制备的ZnO压敏电阻陶瓷，具备梯度高、残压低、通流容量大、泄露电流小、老化性能稳定的特点。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷，其特征在于，配方成分包括氧化锌ZnO、氧化铋Bi2O3、三氧化二锑Sb2O3、二氧化锰MnO2、氧化铬Cr2O3、三氧化二钴Co2O3、二氧化硅SiO2、硝酸铝Al(NO3)3、硝酸铟In(NO3)3，
所述配方成分还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种。
2.根据权利要求1中所述的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷，其特征在于，各配方成分的摩尔比为：
ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Al(NO3)3：In(NO3)3：Y(NO3)3＝87.5～95.8:0.5～2.0:0.5～1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：0.5～1.5；
ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Al(NO3)3：In(NO3)3：Y2O3＝87.5～95.8:0.5～2.0:0.5～1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：0.5～1.5。
3.一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷的制备方法，其特征在于，制备步骤包括制备辅助添加浆料、添加ZnO、添加铝离子、铟离子、钇离子、成型、烧结。
4.根据权利要求3中所述的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷的制备方法，其特征在于，制备辅助添加浆料步骤中，采用卧式砂磨机进行砂磨，砂磨的成分包括Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2，所述砂磨方式为加水砂磨，加水砂磨时间为1-3h，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1份、辅助添加浆料1.5份，
所加入的Bi2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2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。
5.根据权利要求3中所述的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷的制备方法，其特征在于，进行成型步骤前，需进行喷雾干燥、含水。
6.根据权利要求3中所述的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷的制备方法，其特征在于，成型步骤中，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3min。
7.根据权利要求3中所述的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷的制备方法，其特征在于，烧结步骤中，在封闭的气氛条件下：
采用100～250℃/h的升温速度，在400℃保温排胶5h；
从室温升温至烧结温度1240～1260℃，保温3～4h，使陶瓷烧结致密。
8.根据权利要求4中所述的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷的制备方法，其特征在于，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0.5-1h，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1-2份、浆料1份。
9.根据权利要求8中所述的高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷的制备方法，其特征在于，添加铝离子、铟离子、钇离子步骤中：
加入Al(NO3)3、In(NO3)3、Y(NO3)3与浆料中ZnO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；
加入Al(NO3)3、In(NO3)3、Y2O3与浆料中ZnO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。
CN201610214584.1A 2016-04-07 2016-04-07 一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法 Pending CN105884345A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610214584.1A CN105884345A (zh) 2016-04-07 2016-04-07 一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610214584.1A CN105884345A (zh) 2016-04-07 2016-04-07 一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105884345A true CN105884345A (zh) 2016-08-24

Family

ID=57012778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610214584.1A Pending CN105884345A (zh) 2016-04-07 2016-04-07 一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105884345A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106866133A (zh) * 2017-03-14 2017-06-20 清华大学 一种电压梯度场绝缘材料填充的高非线性系数ZnO压敏陶瓷微球制备方法
CN106892658A (zh) * 2017-04-13 2017-06-27 贵州大学 In3+、Ga3+复合施主掺杂ZnO压敏陶瓷及制备方法
WO2020019274A1 (zh) * 2018-07-27 2020-01-30 清华大学 氧化锌压敏电阻的优化方法
CN115073163A (zh) * 2022-07-01 2022-09-20 深圳振华富电子有限公司 片式压敏电阻器及其制备方法和应用
CN115385682A (zh) * 2022-08-30 2022-11-25 重庆大学 一种超高电位梯度ZnO压敏陶瓷及其低碳烧结制备工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101239819A (zh) * 2007-09-14 2008-08-13 中国南玻集团股份有限公司 片式多层氧化锌压敏电阻陶瓷粉料制备方法
CN101630553A (zh) * 2009-07-17 2010-01-20 立昌先进科技股份有限公司 一种氧化锌变阻器的制备方法
CN101786874A (zh) * 2010-01-15 2010-07-28 清华大学 一种制备低残压ZnO压敏电阻陶瓷的工艺方法
CN105645948A (zh) * 2015-12-25 2016-06-08 清华大学 高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101239819A (zh) * 2007-09-14 2008-08-13 中国南玻集团股份有限公司 片式多层氧化锌压敏电阻陶瓷粉料制备方法
CN101630553A (zh) * 2009-07-17 2010-01-20 立昌先进科技股份有限公司 一种氧化锌变阻器的制备方法
CN101786874A (zh) * 2010-01-15 2010-07-28 清华大学 一种制备低残压ZnO压敏电阻陶瓷的工艺方法
CN105645948A (zh) * 2015-12-25 2016-06-08 清华大学 高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106866133A (zh) * 2017-03-14 2017-06-20 清华大学 一种电压梯度场绝缘材料填充的高非线性系数ZnO压敏陶瓷微球制备方法
CN106892658A (zh) * 2017-04-13 2017-06-27 贵州大学 In3+、Ga3+复合施主掺杂ZnO压敏陶瓷及制备方法
CN106892658B (zh) * 2017-04-13 2020-11-10 贵州大学 In3+、Ga3+复合施主掺杂ZnO压敏陶瓷及制备方法
WO2020019274A1 (zh) * 2018-07-27 2020-01-30 清华大学 氧化锌压敏电阻的优化方法
CN115073163A (zh) * 2022-07-01 2022-09-20 深圳振华富电子有限公司 片式压敏电阻器及其制备方法和应用
CN115073163B (zh) * 2022-07-01 2023-09-01 深圳振华富电子有限公司 片式压敏电阻器及其制备方法和应用
CN115385682A (zh) * 2022-08-30 2022-11-25 重庆大学 一种超高电位梯度ZnO压敏陶瓷及其低碳烧结制备工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105622086B (zh) 制备高梯度氧化锌压敏电阻陶瓷的方法
CN105884345A (zh) 一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的陶瓷及其制备方法
CN105645948B (zh) 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
CN105859279A (zh) 一种制备性能优良氧化锌压敏电阻陶瓷的新型工艺方法
AU2020102274A4 (en) Ceramic having high voltage gradient, low residual voltage and low leakage current and preparation method thereof
CN102249666B (zh) 一种直流氧化锌电阻片的制备方法
CN105016721B (zh) 采用铝、镓和钇离子共同掺杂制备ZnO压敏电阻陶瓷的方法
CN103021608A (zh) 一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片及其制备方法
CN108546111A (zh) 一种高电压梯度、低残压、低泄露电流的氧化锌压敏电阻陶瓷及其制备方法
JPH11340009A (ja) 非直線抵抗体
CN102515741A (zh) 一种氧化锌压敏电阻材料及其制备方法
CN102173780B (zh) 一种稀土改性的压敏材料的制备方法
CN105481363B (zh) 一种大通流容量、低残压、高梯度氧化锌压敏电阻陶瓷
CN105272205A (zh) 一种低温烧结氧化锌压敏电阻器材料及其制备方法
CN109678490A (zh) 一种掺杂硼和钇离子的直流ZnO压敏电阻及其制备方法
CN105601268A (zh) 一种综合电气性能优良的氧化锌压敏电阻陶瓷的配方
CN109704752B (zh) 一种SnO2压敏电阻及其制备方法
CN110922182A (zh) 高梯度、低泄漏电流陶瓷的制备方法
CN105565801A (zh) 一种高梯度、大通流容量特高压输电系统用压敏陶瓷制备方法
CN111362689B (zh) 通过调控氧化铋晶体形态提升氧化锌压敏电阻通流能力的方法与氧化锌电阻片及其制备方法
CN105622087B (zh) 一种特高压输电系统用大通流容量、低残压压敏陶瓷制备方法
JP7359329B1 (ja) 酸化アンチモン代替酸化亜鉛素子
CN102543333A (zh) 一种非线性电阻片及其制造方法
JP2012015435A (ja) 電圧非直線抵抗体の製造方法及び電圧非直線抵抗避雷素子
CN115662718A (zh) 一种高梯度非线性电阻片及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160824