超塑性氧化锌压敏陶瓷材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超塑性氧化锌压敏陶瓷材料及制备方法，属功能陶瓷材料制造技术领域。其特征在于氧化锌压敏电阻材料按摩尔百分比包括下述组分：ＺｎＯ９４％－９８％为主体材料，ＭｎＯ↓［２］、Ｃｏ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｂｉ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｓｂ↓［２］Ｏ↓［３］各为０．１％－１．０％为压敏功能添加剂，少量ＺｒＯ↓［２］、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］和ＳｉＯ↓［２］为超塑性功能添加剂，以上氧化物均为微米级。在１０６０－１２００℃超塑热压烧结得到压敏陶瓷，电位梯度可提高到１５００－１８００Ｖ／ｍｍ。本发明专利技术的压敏陶瓷可用于制造超高压电力系统的优质避雷器产品，从而减轻设备挂网重量，降低设备成本，增强高压输电网络抵御冰雪灾害的能力。

Superplastic Zinc Oxide varistor ceramic material and preparation method thereof

The invention relates to a superplastic Zinc Oxide varistor ceramic material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of functional ceramic material manufacture. It is characterized in that the Zinc Oxide Moore percentage of varistor material comprises the following components: ZnO94% - 98% as main material, MnO: 2, Co: 2 O: 3, Bi: 2 O: 3, Cr: 2 O: 3, Sb: \2 O: 3 each for 0.1% - 1% for pressure sensitive functional additives, a small amount of ZrO: 2, Al: 2 O: 3, Y: 2 O: 3 and SiO: 2 for the Superplasticity of functional additives, above oxides are micron sized. The varistor ceramics can be obtained by superplastic hot pressing at 1060-1200, and the potential gradient can be increased to 1500 1800V / mm. The pressure-sensitive ceramic of the invention can be used for manufacturing high quality lightning arrester products of ultra high voltage power systems, thereby reducing the weight of equipment hanging nets, reducing the equipment cost, and enhancing the ability of high-voltage transmission network to withstand snow and ice disasters.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属功能陶瓷材料制 造

技术介绍
超塑性是细晶陶瓷在高温下的固有属性。陶瓷材料在常温下是脆性材料，由 于其结构和键性的原因，滑移系少，位错产生和运动困难，而且有沿晶界分离的 倾向，它在本质上是一种脆性材料，在常温下几乎不产生塑性变形。但是， 一些 细晶陶瓷材料在较高的温度下，可以具有一定的塑性。产生超塑性形变的两个先决条件是拉伸塑性稳定性，即不产生明显颈縮；有效 压制孔穴和晶界分离。晶体材料要具有超塑性由以下几项重要的要求(1)由于 超塑过程受扩散控制，因此实验温度应足够高，以便扩散足够快。实际中，实验 温度通常要达到材料熔化温度的一半以上。(2)晶粒尺寸要细小(对于金属材料， 通常应〈10wm;对于陶瓷材料，通常应〈lum)，并且要能保持稳定细晶结构，没 有或只有轻微地晶粒生长，以便使得流动应力低于产生孔穴或晶界分离所需要的 临界应力。(3)晶粒具有等轴粒状，以便于晶界滑移的发生。与金属相比，陶 瓷材料更容易获得细晶结构，在高温下结构更稳定。避雷器是一种能吸收过电压能量、限制过电压幅值的保护设备。使用时将避 雷器安装在被保护设备附近，与被保护设备并联。避雷器的保护特性是输配电设 备绝缘配合的基础，性能优良的避雷器能将电力系统中的过电压限制到对绝缘无 害的水平。改善避雷器的保护性能，不仅能提高输配电系统的运行可靠性，而且 可以降低电气设备绝缘水平，从而减轻设备重量，降低设备成本。氧化锌避雷器 是高压、超高压电网及高压电力设备防雷击及闪络事故的关键设备，在高压输电 线路、城市地铁直流供电线路以及铁路电网系统中应用广泛。为了配合国内电网 向特高电压等级发展的需要，实现避雷器阔片的小型化和轻型化，降低制造成本， 开发高电位梯度、性能优良、可靠性高的超高压避雷器产品。相对技术先进的国 家而言，我国在压敏电阻材料方面发展较慢，其规模性生产是近几年才有所发展, 与国际同行业相比存在一定的差距。如日本松下、德国西门子、美国Harris等公司的年产量都超过亿只，而国内产量上亿值的生产厂家很少，只有一两家，而 且产品性能落后，对于超低(电位梯度〈〈20(^/111111)或超高电位梯度(电位梯度 》300V/誦)的压敏电阻仍然依赖进口。而日本等国家己经开发出电位梯度高达 400V/mm的Zn0压敏电阻片，用于1000kV电力传输的避雷保护。日本的几个大 型的电气公司，如东芝、三菱、日立、富士通等，都已经自行开发出电位梯度为 300—400V/ram，通流容量高达300J/cm3的MOA阀片。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种产品性能良好、生产成本低，可适合于工业化 生产的超塑性氧化锌压敏陶瓷材料。本专利技术的目的之二是提供一种超塑性氧化锌压敏陶瓷材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种超塑性氧化锌压敏陶瓷材料，其特征在于该材料按摩尔百分比包括下述组分ZnO 94%—98°/。为主体材料，Mn02、 Co203、 Bi203、 Cr203、 Sb203各为0.1%— 1. 0%为压敏功能添加剂，Zr02 0.2%—1.0%、 A1203 0 . 001%—0. 01%、 Y203 0.01%— 1.0%、 Si02 0.01%—1.0%为超塑性功能添加剂，以上氧化物均为微米级氧化物。 一种用于上述的超塑性氧化锌压敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法 包括如下工艺步骤1) 按如下摩尔百分比组分进行配料，ZnO 94%—98%为主体材料，Mn02、 CoA、 Bi203、 Cr203、 SbA各为0. 1%—1. 0%为压敏功能添加剂，Zr02 0 . 2%—1. 0%、 A1203 0 . 001%—0. 01%、 Y203 0.01%—1.0%、 Si02 0. 01%—1. 0%为超塑性功能添 加剂，以上氧化物均为微米级氧化物；2) 采用氧化锆球、聚乙烯罐，无水乙醇为球磨介质，氧化锆球配料粉无水乙醇的质量比为20: 1: 4，在变频行星式球磨机中湿磨3—8h，转速400— 600 rpm;球磨好的浆料在7(TC烘24h成干粉；3) 采用氧化锆球、聚乙烯罐，在变频行星式球磨机中干磨1—3h，转速400— 600rpm，氧化锆球粉体质量比为20: 1;干磨后粉体添加2% PVA后压制成 形；4) 压制成形的坯体在电阻炉中以5'C/min升温至500—60(TC，空气气氛中保温 2h，随炉冷却；预处理后的坯体置于超塑压接装置内施加预压力，以5'C/min升温至900—1200。C超塑压接温度并在超塑应变速率10—4—10—2 s—'下经3— 5min短时间超塑热压烧结，再在1060—120CTC空气气氛中保温2—3h，随炉 冷却，即得超塑性氧化锌压敏陶瓷材料。 本专利技术通过调整压敏功能添加剂Mn02、 Co203、 Bi203、 Cr203、 Sb203和超塑性 功能添加剂Zr02、 A1203、 Y203、 Si02的合理比例，结合制备方法制备的超塑性ZnO 压敏陶瓷材料，其在1060—120(TC超塑热压烧结得到压敏陶瓷，产品具有优异 的综合性能，致密度高气孔率低，组织均匀无明显团聚体，电位梯度可提高到 1500—1800V/mm，非线性系数为30—50，漏电流为2—20uA。本专利技术的压敏陶瓷可用于制造超高压电力系统的优质避雷器产品。 具体实施例方式现将本专利技术的实施例叙述于后。 实施例l(1) 分别称量按摩尔比为ZnO 95.445%， Mn02 0 . 5 %， Co203 0.5%， Bi203 0.5%， Cr203 0. 5%， Sb203 1. 0%， Zr02 1. 0%， A1203 0. 005%, Y203 0. 05%, Si02 0 . 5%，进 行配料。(2) 采用氧化锆球、聚乙烯罐，无水乙醇为球磨介质，在变频行星式球磨机中 湿磨5h，转速500 rpm，球粉无水乙醇的质量比为20: 1: 4。(3) 球磨好的浆料在7(TC烘24h成干粉。(4) 采用氧化锆球、聚乙烯罐，在变频行星式球磨机中干磨3h，转速600rpm， 球粉质量比为20: 1。(5) 干磨后粉体添加2% PVA后压制成形。(6) 压制成形的坯体在电阻炉中以5TVmin升温至500°C，空气气氛中保温2 h， 随炉冷却。(7) 预处理后的坯体置于超塑压接装置内施加预压力，以5。C/min升温至1100 。C超塑压接温度并在超塑应变速率1(T一10—2 s—'下经3—5min短时间超塑热压烧 结，再在110(TC空气气氛中保温2 h，随炉冷却。本实施例所制作的氧化锌压敏电阻经性能测试，电位梯度达到1800V/mm ，漏电 流2yA，非线性系数为46。 实施例2(1) 分别称量按摩尔比为Zn0 95. 49%， Mn02 0 . 5%， Co203 0. 8%， Bi203 0. 7%， Cr203 0. 5%， Sb203 1. 0 %， Zr02 0 . 47 5%, A1203 0. 01%， Y203 0. 02 5%， Si02 0. 5%，进行 配料。(2) 采用氧化锆球、聚乙烯罐，无水乙醇为球磨介质，在变频行星式球磨机中 湿磨5h，转速600 rpm，球粉无水乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超塑性氧化锌压敏陶瓷材料，其特征在于该材料按摩尔百分比包括下述组分：ＺｎＯ９４％－９８％为主体材料，ＭｎＯ↓［２］、Ｃｏ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｂｉ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｓｂ↓［２］Ｏ↓［３］各为０．１％－１．０％为压敏功能添加剂，ＺｒＯ↓［２］０．２％－１．０％、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］０．００１％－０．０１％、Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］０．０１％－１．０％、ＳｉＯ↓［２］０．０１％－１．０％为超塑性功能添加剂，以上氧化物均为微米级氧化物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施利毅，徐东，钟庆东，吴振红，巫欣欣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]