CN1404074A - 制作氧化锌压敏电阻的材料 - Google Patents

Abstract

一种制作氧化锌压敏电阻的材料，此种材料的组分及含量包括：微米级ZnO35～80％、纳米级ZnO 15～55％、Bi₂O₃ 1～6％、Co₂O₃ 0.1～2％、MnO₂ 0.1～2％、Sb₂O₃ 1～6％、稀土元素0.01～1％，除上述组分外，还可添加重量百分数为0.1～2％的Cr₂O₃。用上述材料所制作的氧化锌压敏电阻阀片，其电位梯度可达580V/mm，其漏电流为1.0μA左右，压比为1.05左右，耐冲击电流2000A左右，具有优良的综合性能。

Description

制作氧化锌压敏电阻的材料

一、技术领域

本发明涉及一种制作氧化锌压敏电阻的材料。

二、背景技术

氧化锌压敏电阻由于其优异的压敏特性，自问世以来一直倍受研究者的注意，并在世界各国避雷器中得到广泛的应用。随着避雷器向超高压化、小型化方向发展，对氧化锌压敏电阻阀片的电位梯度、耐冲击电流性能(或通流容量)提出了更高的要求。影响氧化锌压敏电阻性能最主要的因素是制作材料，由于我国所使用的材料一般是在微米级氧化锌的基础上加入Al、K、Cu等功能性添加剂，因而电位梯度难以提高，一般为200V/mm左右，不能满足避雷器对氧化锌压敏电阻阀片性能和小型化的要求。

近年来，日本众多企业对氧化锌压敏电阻性能的提高作了大量的研究工作，所提出的技术方案是通过添加稀土元素和优化烧结工艺来提高电位梯度，使氧化锌压敏电阻阀片小型化，并具有良好的综合性能，但从其所公开的氧化锌压敏电阻阀片的性能指标中，电位梯度仅在400V/mm左右(见“日本氧化锌避雷器的发展方向”，电气通信大学，王兰义，《电瓷避雷器》，1999年第3期，P27-32)。申请号为97103063的中国专利申请公开了一种“压敏非线性电阻体、压敏非线性电阻体制造方法及避雷器”的技术方案，该专利申请中，压敏非线性电阻体的组成是以氧化锌为主要成分且含氧化铋的组成材料中，添加稀土元素，其电位梯度也是在400V/mm左右。

三、发明内容

本发明针对现有技术的状况，提供一种新型的制作氧化锌压敏电阻的材料，此种材料制作的阀片不仅能显著提高电位梯度、体积小型化，而且具有优良的综合性能。

本发明的技术方案是：对现有氧化锌压敏电阻材料的组分进行改进，用部分纳米级氧化锌代替微米级氧化锌，即主要组分为微米级氧化锌和纳米级氧化锌，在此基础上，添加适量金属氧化物和稀土元素。上述技术方案的机理在于减小氧化锌压敏电阻的晶粒尺寸，阻碍晶粒长大。

根据上述方案形成的制作氧化锌压敏电阻的材料，其组分及各组分的重量百分数如下：

微米级ZnO                 35～80％

纳米级ZnO                 15～55％

Bi₂O₃                   1～6％

Co₂O₃                   0.1～2％

MnO₂                     0.1～2％

Sb₂O₃                   1～6％

稀土元素                  0.01～1％

除上述组分外，还可添加重量百分数为0.1～2％的Cr₂O₃。

稀土元素可为Ce(铈)、Dy(镝)、Gd(钆)、La(镧)、Nd(钕)、Pr(镨)、Sm(钐)、Yb(镱)、Y(钇)中的2～3种。

将上述各组分按重量百分数称量，混合均匀即形成本发明提供的制作氧化锌压敏电阻的材料。

用本发明提供的材料制作氧化锌压敏电阻阀片，工艺流程依次包括细磨、400～450℃预烧、造粒、成型、1100～1200℃烧结和被银电极工序。

用本发明提供的材料所制作的氧化锌压敏电阻阀片，其电位梯度可达580V/mm，其漏电流为1.0μA左右、压比为1.05左右、耐冲击电流为2000A左右，具有优良的综合性能。由于电位梯度显著提高，因而阀片的体积可小型化，以满足避雷器小型化的需求。

四、具体实施方式

实施例1：

本实施例中，由微米级ZnO 60％、纳米级ZnO 30％、Bi₂O₃ 4％、MnO₂ 0.5％、Sb₂O₃3.5％、Co₂O₃ 1.5％、稀土元素Ce 0.25％、稀土元素La 0.25％混合均匀形成制作氧化锌压敏电阻的材料，上述材料依次采用以下工艺步骤即制作成氧化锌压敏电阻阀片：

1、细磨

细磨在高能球磨机中进行，时间为24小时。

2、预烧

预烧的温度控制在400℃，时间为1小时。

3、造粒、成型

采用造粒机造粒，压力机成型，坯体尺寸为φ10mm、厚度2mm。

4、烧结

烧结的温度控制在1160℃，时间为2小时。

5、被银电极

烧结温度870℃，恒温时间1小时。

本实施例所制作的氧化锌压敏电阻阀片经性能测试，1mA时的压敏电位梯度达到582V/mm，漏电流1.2μA、压比1.055、耐冲击电流2000A。

实施例2：

本实施例中，由微米级ZnO 70％、纳米级ZnO 20％、Bi₂O₃ 3.5％、Co₂O₃1.5％、MnO₂ 0.5％、Cr₂O₃ 0.5％、Sb₂O₃ 3.5％、稀土元素Nd 0.2％、稀土元素Pr 0.1％、Yb 0.2％混合均匀形成制作氧化锌压敏电阻的材料，上述材料采用与实施例1相同的工艺步骤和工艺参数即制作成氧化锌压敏电阻阀片。

本实施例所制作的氧化锌压敏电阻阀片经性能测试，1mA时的压敏电位梯度达到580V/mm，漏电流0.9μA、压比1.045、耐冲击电流2000A。

实施例3：

本实施例中，由微米级ZnO 40％、纳米级ZnO 50％、MnO₂ 0.5％、Cr₂O₃ 1％、Bi₂O₃2.4％、Co₂O₃ 0.5％、Sb₂O₃ 5.5％、稀土元素Sm 0.05％、稀土元素Y 0.05％混合均匀形成制作氧化锌压敏电阻的材料，上述材料采用与实施例1相同的工艺步骤制作氧化锌压敏电阻阀片，与实施例1不同之处在于烧结工序的烧结温度为1100℃。

本实施例所制作的氧化锌压敏电阻阀片经性能测试，1mA时的压敏电位梯度达到595V/mm，漏电流1.3μA、压比1.05、耐冲击电流2000A。

实施例4：

本实施例中，由微米级ZnO 36％、纳米级ZnO 55％、Bi₂O₃ 2％、MnO₂ 1.5％、Sb₂O₃2.5％、Co₂O₃ 0.95％、Cr₂O₃ 2％、稀土元素Dy 0.025％、稀土元素Gd 0.025％混合均匀形成制作氧化锌压敏电阻的材料，上述材料采用与实施例1相同的工艺步骤制作氧化锌压敏电阻阀片，与实施例1不同之处在于烧结工序的烧结温度为1100℃。

本实施例所制作的氧化锌压敏电阻阀片经性能测试，1mA时的压敏电位梯度达到598V/mm，漏电流1.1μA、压比1.07、耐冲击电流2000A。

Claims (3)

1、一种制作氧化锌压敏电阻的材料，其特征在于此种材料的组分及含量包括：

微米级ZnO              35～80％

纳米级ZnO              15～55％

Bi₂O₃                1～6％

Co₂O₃                0.1～2％

MnO₂                  0.1～2％

Sb₂O₃                1～6％

稀土元素                0.01～1％

上述百分数均为重量百分数。

2、根据权利要求1所述的制作氧化锌压敏电阻的材料，其特征在于还含有Cr₂O₃，Cr₂O₃的重量百分数为0.1～2％。

3、根据权利要求1或2所述的制作氧化锌压敏电阻的材料，其特征在于稀土元素为Ce、Dy、Gd、La、Nd、Pr、Sm、Yb、Y中的2～3种。