RU2612423C1 - Оксидно-цинковая варисторная керамика - Google Patents
Оксидно-цинковая варисторная керамика Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612423C1 RU2612423C1 RU2016112511A RU2016112511A RU2612423C1 RU 2612423 C1 RU2612423 C1 RU 2612423C1 RU 2016112511 A RU2016112511 A RU 2016112511A RU 2016112511 A RU2016112511 A RU 2016112511A RU 2612423 C1 RU2612423 C1 RU 2612423C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramics
- current density
- oxides
- antimony
- zinc oxide
- Prior art date
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
- 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
- C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates 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
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
- H01C7/105—Varistor cores
- H01C7/108—Metal oxide
- H01C7/112—ZnO type
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам получения варисторной керамики и может быть использовано в электроэнергетике при изготовлении высоковольтных варисторов, являющихся основным элементом нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН). Оксидно-цинковая варисторная керамика содержит оксиды цинка, висмута, сурьмы, алюминия и кобальта в количественном соотношении, мас.%: ZnO 85-95, Bi2O3 1,38-4,15, Sb2O3 0,96-2,9, Al2O3 1,66-4,95, Co2O3 1-3. Оксиды висмута, сурьмы, алюминия и кобальта соотносятся как 1,0:0,7:1,2:0,72. Получаемая варисторная керамика имеет напряжение пробоя 4,3-4,6 кВ/мм, коэффициент нелинейности 47-53 и плотность тока утечки 0,6-7 мкА/см2. Технический результат изобретения – снижение плотности тока утечки. При обеспечении высоких электрических характеристик получаемая высоковольтная варисторная керамика является более дешевой. 1 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к способам получения варисторной керамики и может быть использовано в электроэнергетике при изготовлении высоковольтных варисторов, являющихся основным элементом нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН).
В настоящее время производят варисторы на основе оксида цинка ZnO с добавками оксидов легирующих элементов, стоимость которых превышает стоимость оксида цинка. Основными свойствами варисторной керамики являются напряжение пробоя (Ub), коэффициент нелинейности (α) и плотность тока утечки (Iут). Для работы ОПН в высоковольтных электрических сетях необходима варисторная керамика с напряжением пробоя более 3 кВ/мм, коэффициентом нелинейности α не менее 40 и плотностью тока утечки Iут не более 10 мкА/см2. Однако при этом возникает проблема выбора оптимального состава компонентов с точки зрения обеспечения требуемых характеристик керамики при одновременном снижении ее стоимости.
Известна оксидно-цинковая варисторная керамика (см. пат. 8217751 США, МПК H01C 7/10 (2006.1), 2012) состава, мас.%: ZnO 94,69, Bi2O3 3,0, Sb2O3 1,5, Al2O3 0,01, Co3O4 0,5, NiO 0,2, Mn2O3 или Li2CO3 0,1, которую получают путем прокалки смеси исходных нанодисперсных оксидов при 550°C, таблетирования образующегося порошка и спекания таблеток горячим прессованием при 800-850°C. Полученная керамика имеет напряжение пробоя Ub=1,71-1,85 кВ/мм, коэффициент нелинейности α=75-77, плотность тока утечки Iут<10 мкА/см2.
Данная варисторная керамика имеет относительно невысокое содержание оксидов легирующих элементов при обеспечении высоких значений коэффициента нелинейности и невысокой величины плотности тока утечки. Однако напряжение пробоя керамики является относительно низким (1,85 кВ/мм). Кроме того, исходные оксиды берут в виде нанодисперсных порошков, а спекание керамических таблеток осуществляют путем горячего прессования, что существенно затрудняет и удорожает производство керамики.
Известна также принятая в качестве прототипа оксидно-цинковая варисторная керамика (см. пат. 2568444 РФ, МПК C04B 35/453, H01C 7/112 (2006.01), 2015), имеющая состав, мас.%: ZnO 60,0-85,0, Bi2O3 3,42-9,11, Sb2O3 4,79-12,76, Al2O3 3,18-8,47, Co2O3 2,53-6,74, NiO 1,08-2,92, при этом оксиды висмута, сурьмы, алюминия, кобальта и никеля соотносятся как 1,0:1,4:0,93:0,74:0,32. Для получения керамики в качестве исходных компонентов используют порошкообразные гидратированные нитраты цинка, висмута, алюминия, кобальта и виннокислый раствор сурьмы. Исходные компоненты смешивают в стехиометрическом количестве с коммерческим сахаром, нагревают смесь при 145°C и затем прокаливают при 700°C. Из полученного керамического порошка со средним размером частиц 30 нм прессуют таблетки, которые подвергают двухступенчатому спеканию при температуре 700°C и 935°C. Полученная высоковольтная варисторная керамика имеет напряжение пробоя Ub=3,5-4,4 кВ/мм, коэффициент нелинейности α=40-55.
Известная варисторная керамика имеет довольно высокие значения напряжения пробоя и коэффициента нелинейности, но, как показывают экспериментальные данные, плотность тока утечки керамики относительно высока. Содержание легирующих оксидов (до 40 мас.%) является высоким, что удорожает керамику.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в удешевлении получаемой высоковольтной варисторной керамики при обеспечении высоких значений напряжения пробоя и коэффициента нелинейности и пониженной плотности тока утечки.
Технический результат достигается тем, что оксидно-цинковая варисторная керамика, включающая оксиды цинка, висмута, сурьмы, алюминия и кобальта, согласно изобретению, содержит оксидные компоненты в следующем количественном соотношении, мас.%: ZnO 85-95, Bi2O3 1,38-4,15, Sb2O3 0,96-2,9, Al2O3 1,66-4,95, Co2O3 1-3, при этом оксиды висмута, сурьмы, алюминия и кобальта соотносятся как 1,0:0,7:1,2:0,72.
Существенные признаки заявляемого изобретения, определяющие объем правовой защиты и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.
Оксид цинка является основным компонентом заявляемой керамики. Содержание его в количестве 85-95 мас.% обеспечивает получение керамики с высокими величинами напряжения пробоя и коэффициента нелинейности и низким значением плотности тока утечки. При содержании ZnO более 95 мас.% увеличивается плотность тока утечки, а при содержании ZnO менее 85 мас.% при сохранении высоких варисторных свойств возрастает стоимость керамики.
Количественное содержание добавок в виде оксидов висмута, сурьмы, алюминия и кобальта зависит от содержания оксида цинка и должно отвечать соотношению, мас.%: Bi2O3 1,38-4,15, Sb2O3 0,96-2,9, Al2O3 1,66-4,95, Co2O3 1-3. При этом необходимо, чтобы оксиды висмута, сурьмы, алюминия и кобальта соотносились как 1,0:0,7:1,2:0,72. Это обеспечивает стабильно высокие величины напряжения пробоя и коэффициента нелинейности и низкое значение плотности тока утечки при пониженной стоимости керамики.
Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающего в удешевлении получаемой высоковольтной варисторной керамики при обеспечении высоких значений напряжения пробоя и коэффициента нелинейности и пониженной плотности тока утечки.
Особенности и преимущества заявляемого изобретения могут быть пояснены нижеследующими Примерами.
Керамику согласно изобретению получают следующим образом. Вначале осуществляют синтез нанодисперсного керамического порошка методом сжигания с использованием в качестве топлива коммерческого сахара. В качестве исходных компонентов берут порошкообразные гидратированные нитраты металлов: Zn(NO3)2⋅6H2O, Bi(NO3)3⋅5H2O, Al(NO3)3⋅9H2O, Co(NO3)2⋅6H2O и виннокислый раствор сурьмы. Исходные компоненты засыпают в заданном соотношении во фторопластовую емкость, помещают в предварительно нагретый до 200°C сушильный шкаф, выдерживают в течение 50 минут и охлаждают на воздухе. Продукт сжигания измельчают с помощью стержневого миксера и прокаливают в муфельной печи при температуре 700°C в течение 1 часа. Синтезированный керамический порошок со средним размером частиц 26 нм таблетируют. Таблетки спекают при 975°C с изотермической выдержкой в течение 2 часов. Полученная варисторная керамика имеет состав, мас.%: ZnO 85-95, Bi2O3 1,38-4,15, Sb2O3 0,96-2,9, Al2O3 1,66-4,95, Co2O3 1-3. При этом оксиды висмута, сурьмы, алюминия и кобальта соотносятся как 1,0:0,7:1,2:0,72.
Для определения варисторных свойств керамики на торцевые поверхности керамических таблеток наносят пленочные электроды с использованием серебряной пасты.
Состав и свойства варисторной керамики, полученной согласно Примерам 1-4 осуществления изобретения и согласно Примерам 5 и 6 по прототипу, представлены в Таблице.
Из представленных в Таблице данных следует, что в диапазоне заявляемого содержания оксидных компонентов получаемая варисторная керамика на основе оксида цинка имеет напряжение пробоя 4,3-4,6 кВ/мм, коэффициент нелинейности 47-53, плотность тока утечки 0,6-7 мкА/см2. По сравнению с прототипом предлагаемая керамика имеет пониженную (0,6 мкА/см2) плотность тока утечки при одинаковом (85 мас.%) содержании оксида цинка. При более высоком (до 95 мас.%) содержании оксида цинка и, соответственно, меньшем содержании легирующих оксидов, предлагаемое изобретение позволяет получить более дешевую высоковольтную варисторную керамику при обеспечении ее высоких электрических характеристик.
Claims (1)
- Оксидно-цинковая варисторная керамика, включающая оксиды цинка, висмута, сурьмы, алюминия и кобальта, отличающаяся тем, что керамика содержит оксидные компоненты в следующем количественном соотношении, мас.%: ZnO 85-95, Bi2O3 1,38-4,15, Sb2O3 0,96-2,9, Al2O3 1,66-4,95, Co2O3 1-3, при этом оксиды висмута, сурьмы, алюминия и кобальта соотносятся как 1,0:0,7:1,2:0,72.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112511A RU2612423C1 (ru) | 2016-04-01 | 2016-04-01 | Оксидно-цинковая варисторная керамика |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112511A RU2612423C1 (ru) | 2016-04-01 | 2016-04-01 | Оксидно-цинковая варисторная керамика |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2612423C1 true RU2612423C1 (ru) | 2017-03-09 |
Family
ID=58459565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016112511A RU2612423C1 (ru) | 2016-04-01 | 2016-04-01 | Оксидно-цинковая варисторная керамика |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2612423C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712822C1 (ru) * | 2019-04-26 | 2020-01-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) | Высоковольтная оксидно-цинковая варисторная керамика |
CN111548142A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-08-18 | 华南理工大学 | 一种微波烧结用的保温装置及氧化锌压敏陶瓷微波烧成的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5753905A (ru) * | 1980-09-17 | 1982-03-31 | Tokyo Shibaura Electric Co | |
US20090142590A1 (en) * | 2007-12-03 | 2009-06-04 | General Electric Company | Composition and method |
CN104671772A (zh) * | 2013-12-03 | 2015-06-03 | 辽宁法库陶瓷工程技术研究中心 | 改性纳米掺杂制备氧化锌压敏电阻复合粉体及制备方法 |
RU2564430C2 (ru) * | 2014-07-31 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) | Способ получения варисторной керамики на основе оксида цинка |
RU2568444C1 (ru) * | 2014-11-27 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) | Оксидно-цинковая варисторная керамика |
-
2016
- 2016-04-01 RU RU2016112511A patent/RU2612423C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5753905A (ru) * | 1980-09-17 | 1982-03-31 | Tokyo Shibaura Electric Co | |
US20090142590A1 (en) * | 2007-12-03 | 2009-06-04 | General Electric Company | Composition and method |
CN104671772A (zh) * | 2013-12-03 | 2015-06-03 | 辽宁法库陶瓷工程技术研究中心 | 改性纳米掺杂制备氧化锌压敏电阻复合粉体及制备方法 |
RU2564430C2 (ru) * | 2014-07-31 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) | Способ получения варисторной керамики на основе оксида цинка |
RU2568444C1 (ru) * | 2014-11-27 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) | Оксидно-цинковая варисторная керамика |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712822C1 (ru) * | 2019-04-26 | 2020-01-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) | Высоковольтная оксидно-цинковая варисторная керамика |
CN111548142A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-08-18 | 华南理工大学 | 一种微波烧结用的保温装置及氧化锌压敏陶瓷微波烧成的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3822798B2 (ja) | 電圧非直線抵抗体及び磁器組成物 | |
JPH11340009A (ja) | 非直線抵抗体 | |
RU2612423C1 (ru) | Оксидно-цинковая варисторная керамика | |
RU2568444C1 (ru) | Оксидно-цинковая варисторная керамика | |
JP6628812B2 (ja) | 大容量ZnOバリスタの製造方法 | |
RU2712822C1 (ru) | Высоковольтная оксидно-цинковая варисторная керамика | |
JP2008172034A (ja) | 電流−電圧非直線抵抗体 | |
JP7051381B2 (ja) | スパークプラグ | |
Gromov et al. | Preparation of high-voltage ZnO varistor ceramics | |
JP2692210B2 (ja) | 酸化亜鉛形バリスタ | |
RU2637260C2 (ru) | Керамический материал для варисторов | |
JP3067374B2 (ja) | 電圧非直線抵抗体 | |
JP2020047685A (ja) | 酸化亜鉛素子 | |
JP5995772B2 (ja) | 電圧非直線抵抗体、その製造方法およびそれを含む過電圧保護装置 | |
JP5388937B2 (ja) | 電圧非直線抵抗体及び電圧非直線抵抗体を搭載した避雷器 | |
JP2012060003A (ja) | 電圧非直線抵抗体素子およびこの製造方法、並びに過電圧保護装置 | |
JP2004335565A (ja) | 電圧非直線抵抗体の製造方法 | |
UA129719U (uk) | Матеріал для варисторів на основі оксиду вольфраму | |
JPS6028121B2 (ja) | 電圧非直線抵抗器の製造方法 | |
JPH0574608A (ja) | 電圧非直線抵抗体の製造方法 | |
JP2014183272A (ja) | 電流−電圧非直線抵抗体 | |
WO2013088847A1 (ja) | 非直線抵抗体素子の製造方法 | |
JPS63132402A (ja) | 電圧非直線抵抗体の製造方法 | |
JPH09306707A (ja) | 酸化亜鉛バリスタ及びその製造方法並びにその酸化亜鉛バリスタを用いた避雷器 | |
JPS589563B2 (ja) | 電圧非直線抵抗体の製造方法 |