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技术

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，其特征在于，制备原料包括氧化锌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、氧化银Ag2O、硝酸铟In(NO3)3。其有益效果是：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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料化学领域，特别是一种陶瓷材料制备方法。
技术介绍
ZnO压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加少量的Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、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。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。
技术实现思路
本专利技术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：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、氧化银Ag2O、硝酸铟In(NO3)3，所述制备原料还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种，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。各制备原料的摩尔比为：ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Ag2O：In(NO3)3：Y(NO3)3＝87.5～95.8:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：1.0-1.5。ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Ag2O：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制备辅助添加浆料步骤中，成分包括Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2，辅助添加浆料的制备方法为加水砂磨，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2份、辅助添加浆料1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。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。采用高温炉进行烧结，采用100～250℃/h的升温速度，使高温炉升至400℃，在400℃环境下保温排胶4h，从室温升温至烧结温度1200～1300℃，在烧结温度下保温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1-2h，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1份、浆料0.5份。添加银离子、铟离子、钇离子步骤中：加入Ag2O、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Ag2O、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。通过本专利技术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：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、氧化银Ag2O、硝酸铟In(NO3)3，所述制备原料还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种，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。各制备原料的摩尔比为：ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Ag2O：In(NO3)3：Y(NO3)3＝87.5～95.8:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：1.0-1.5。ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Ag2O：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制备辅助添加浆料步骤中，成分包括Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2，辅助添加浆料的制备方法为加水砂磨，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2份、辅助添加浆料1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。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。采用高温炉进行烧结，采用100～250℃/h的升温速度，使高温炉升至400℃，在400℃环境下保温排胶4h，从室温升温至烧结温度1200～1300℃，在烧结温度下保温3～4h，使陶瓷烧结致密。添加ZnO过程中，加入的ZnO与辅助添加浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，制备原料包括氧化锌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、氧化银Ag2O、硝酸铟In(NO3)3，所述制备原料还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种，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。

【技术特征摘要】
1.一种高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法，其特征在于，制备原料包括氧化锌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、
氧化银Ag2O、硝酸铟In(NO3)3，
所述制备原料还包括硝酸钇Y(NO3)3或氧化钇Y2O3中的一种，
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。
2.根据权利要求1中所述的高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法，其特征在于，各制
备原料的摩尔比为：
ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Ag2O：In(NO3)3：
Y(NO3)3＝87.5～95.8:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0：1.0-1.5。
ZnO：Bi2O3：Sb2O3：MnO2：Cr2O3：Co2O3：SiO2：Ag2O：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
3.根据权利要求1中所述的高电压梯度、低泄露电流压敏电阻陶瓷材料的制备方法，其特征在于，制备
辅助添加浆料步骤中，成分包括Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2，辅助添加浆料的制备方
法为加水砂磨，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2份、辅助添加浆料1份，所加入的Bi2O3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金良，胡军，孟鹏飞，赵洪峰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11