一種采用復(fù)合添加劑的氧化鋅壓敏陶瓷變阻器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用復(fù)合添加劑的氧化鋅壓敏陶瓷變阻器的制備方法，屬于功能陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力工業(yè)、軌道交通、通訊等行業(yè)的迅速發(fā)展，保護(hù)供電系統(tǒng)免受雷電過(guò)電壓及工作過(guò)程中出現(xiàn)的浪涌過(guò)電壓的損害變得越來(lái)越重要，ZnO壓敏陶瓷電阻由于具有優(yōu)良的非線性伏安特性和吸收沖擊能量的能力，成為了目前電子電路和電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的壓敏陶瓷電阻。
[0003]在氧化鋅壓敏陶瓷中，ZnO為主要成分，添加由多種氧化物組成的添加劑，使添加劑偏析在ZnO晶界，構(gòu)成多晶結(jié)構(gòu)，從而形成氧化鋅壓敏陶瓷結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生非線性電氣性能。常用的氧化鋅壓敏陶瓷添加劑主要有Bi203、Co203、Cr203、Sb203、Mn02等。而氧化鋅壓敏陶瓷電阻過(guò)電壓保護(hù)特性主要取決于添加劑的種類(lèi)及其分布狀態(tài)，在組分及其含量一定的情況下，使約90wt%的ZnO與約10wt%的添加劑混合均勻是制備性能優(yōu)異的ZnO壓敏陶瓷的關(guān)鍵，因而添加劑氧化物的復(fù)合制備與細(xì)化加工工藝對(duì)于ZnO壓敏陶瓷電阻性能的穩(wěn)定和提高具有重要的影響。
[0004]專(zhuān)利CN101246769B通過(guò)液相共沉淀的方法將除銻以外的添加劑進(jìn)行混合制備，然后加入酒石酸銻或膠體氧化銻與之混合，再經(jīng)過(guò)干燥、煅燒、篩分后，可獲得粒度小、分布范圍窄、比表面積大、純度高、組成均勻的氧化鋅壓敏陶瓷復(fù)合添加劑粉體。專(zhuān)利CN101354936B通過(guò)壓力式噴霧干燥塔將氧化鋅壓敏陶瓷添加劑漿料進(jìn)行干燥，可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短工藝周期，提高效率，降低成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種采用復(fù)合添加劑的氧化鋅壓敏陶瓷變阻器的制備方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明ZnO壓敏陶瓷變阻器用復(fù)合添加劑原料主要包括Bi203、N1, Cr2O3, Sb2O3,MnO2, Co3O4, S12及含Ag 20玻璃粉(含19.98% Ag2O),所述ZnO壓敏陶瓷原料包括ZnO、復(fù)合添加劑及Al (NO3)3.9Η20ο其中Bi2O3偏析于ZnO壓敏陶瓷的晶界層處，構(gòu)成晶界網(wǎng)絡(luò)骨架，是ZnO壓敏陶瓷產(chǎn)生非線性壓敏特性的基礎(chǔ)；Mn02、Co3O4主要對(duì)提高ZnO壓敏陶瓷的非線性以及降低漏電流起著非常重要的作用，同時(shí)也有利于提高耐受方波、雷電及大電流沖擊的能力和穩(wěn)定性；N1、Cr2O3, Sb2O3, S12及含Ag 20玻璃粉均有助于提高ZnO壓敏陶瓷耐受方波、大電流沖擊的能力以及長(zhǎng)期荷電運(yùn)行的穩(wěn)定性；另外，Al(NO3)3.9H20的加入能夠降低ZnO晶粒的電阻率，提高ZnO壓敏陶瓷伏安特性曲線的大電流區(qū)的非線性，從而拓寬特性曲線的非線性區(qū)域。
[0007]本發(fā)明為一種采用復(fù)合添加劑的氧化鋅壓敏陶瓷變阻器的制備方法，其特征在于包括有以下過(guò)程和步驟:
A.復(fù)合添加劑的制備
(a)配制與球磨
將 Bi2O3' N1, Cr2O3> Sb2O3> MnO2, Co3O4, S12及含 Ag2O 玻璃粉(含 19.98% Ag2O)添加劑原料按照Z(yǔ)nO壓敏陶瓷復(fù)合添加劑配方要求進(jìn)行稱量，各氧化物質(zhì)量百分比為Bi2O3:30.0wt%?40.0wt% ；N1:2.6wt%~7.5wt% ；Cr203:4.2wt%~7.3wt% ；Sb 203:25.0wt%~33.0wt% ；Mn02:2.4wt0/『6.lwt% ；Co 304:5.0wt0/『18.0wt% ；Si02:2.3wt0/『9.6wt% ;含 Ag2O 玻璃粉(含19.98% Ag2O):0.2wt%~l.0wt% ;所用添加劑粉料總質(zhì)量、去離子水質(zhì)量、磨球質(zhì)量的比例為1:1:2.5 ;再加入聚丙烯酸銨型分散劑，分散劑用量為粉料總質(zhì)量的0.6%~1.0% ;裝入球磨罐中，用球磨機(jī)球磨約40h~50h ；
(b)噴霧干燥
將球磨后的添加劑漿料取出，過(guò)篩，用離心式噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥；噴霧干燥機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)置為200°C -280°C ;出風(fēng)溫度設(shè)置為100°C -130°C ;得到噴霧干燥后的粉料含水量為 0.2%~2.0% ；
(c)煅燒合成
將噴霧干燥后的添加劑粉料裝入剛玉坩禍中，裝載在溫度與推進(jìn)速度可控的輥道式電阻爐上，按照設(shè)定的溫度制度進(jìn)行煅燒合成，其最高溫度為800°C -950°C，保溫時(shí)間0h~3h，以使添加劑混合粉料之間進(jìn)行充分均勻的高溫固相合成反應(yīng)；
(d)粉碎
將煅燒后的粉料用研缽或粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過(guò)篩；
Ce)行星式球磨
將粉碎后的粉料進(jìn)行行星式球磨，粉料質(zhì)量、去離子水質(zhì)量、磨球質(zhì)量比為1:0.5:2.5 ;加入聚丙烯酸銨型分散劑，其用量為粉料質(zhì)量的0.6°/^1.0% ;球磨轉(zhuǎn)速為400r/min~600r/min，優(yōu)選500r/min~600r/min ;球磨時(shí)間為4h~10h，優(yōu)選為6h~8h ;球磨后的添加劑料楽粒度為 0.4 μ m~0.8 μ m ;
(f)烘干與粉碎
將行星式球磨后的添加劑漿料取出，過(guò)篩后放入烘箱中烘干，然后用研缽或粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過(guò)篩；由此制得ZnO壓敏陶瓷變阻器用復(fù)合添加劑粉料；
B.復(fù)合添加劑與ZnO混合制備壓敏陶瓷變阻器
將制得的復(fù)合添加劑與ZnO、Al (NO3) 3.9H20混合球磨，各物質(zhì)質(zhì)量百分比為ZnO:87.0wt%~91.8wt% ;復(fù)合添加齊IJ:8.0wt%~13.0wt% ；A1 (NO3)3.9H20:0.01wt%~0.10wt% ;將混合物料經(jīng)球磨、噴霧造粒、壓制、排膠、燒結(jié)、熱處理、噴鋁、涂絕緣漆等常規(guī)壓敏陶瓷制備過(guò)程，制成ZnO壓敏陶瓷變阻器。
[0008]通過(guò)此工藝制備的復(fù)合添加劑和ZnO壓敏陶瓷變阻器在電子電路和電力系統(tǒng)中有重要的應(yīng)用。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下:
(I)傳統(tǒng)烘干干燥工藝中，添加劑漿料中的原料成分會(huì)在漿料烘干的過(guò)程中沉降，造成烘干后的粉料出現(xiàn)分層，成分分布不均勻，而本工藝中，將添加劑粉料經(jīng)過(guò)球磨后通過(guò)噴霧干燥的方法進(jìn)行干燥，得到的添加劑粉料成分分布均勻，從而有利于下一步煅燒固相反應(yīng)的均勻。
[0010](2)添加劑粉料按照優(yōu)選的溫度制度進(jìn)行煅燒，各原料之間充分反應(yīng)，生成價(jià)態(tài)穩(wěn)定成分均一的復(fù)合氧化物，再與ZnO相混合便相當(dāng)于兩種主成分的混合，更易混合均勻，此外還可以降低燒成溫度，減少高溫下Bi的揮發(fā)，降低陶瓷孔隙率，提高致密度，從而得到微觀結(jié)構(gòu)均勻、綜合性能優(yōu)良的ZnO壓敏陶瓷。
[0011](3)煅燒后的添加劑粉料采用高能行星式球磨的方法進(jìn)行二次細(xì)磨，通過(guò)控制行星式球磨的轉(zhuǎn)速、時(shí)間等條件，能夠得到粒徑分布均勻的添加劑粉料，且粒徑尺寸接近ZnO，再與ZnO主原料混合更易達(dá)到分布均勻，從而有利于ZnO壓敏陶瓷性能的提高和穩(wěn)定。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明所述ZnO壓敏陶瓷變阻器用復(fù)合添加劑和該壓敏陶瓷變阻器的制備工藝流程圖；
圖2是本發(fā)明所述方法制備的ZnO壓敏陶瓷變阻器用復(fù)合添加劑粉體的X射線衍射(XRD)圖譜；
圖3是本發(fā)明所述方法制備的ZnO壓敏陶瓷的背散射模式掃描電子顯微(SEM)照片； 圖4是本發(fā)明所述方法制備的ZnO壓敏陶瓷的背散射模式掃描電子顯微(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了便于理解本發(fā)明，現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述如下。
[0014]實(shí)施例1
按質(zhì)量百分比 Bi203:34.3wt%、N1:3.9wt%、Cr 203:6.5wt%、Sb 203:32.0wt%、MnO 2:5.8wt%、Co3O4:12.9wt%、S1 2:4.3wt%、含 Ag 20 玻璃粉:0.3wt% 進(jìn)行配制 ZnO 壓敏陶瓷復(fù)合添加劑粉料，混合粉料總重量為2kg，粉料總質(zhì)量、去離子水質(zhì)量、瑪瑙磨球質(zhì)量的比例為1:1:2.5,加入聚丙烯酸銨型分散劑，其用量為粉料總質(zhì)量的0.8%，裝入1L規(guī)格聚氨酯球磨罐中，用罐式球磨機(jī)球磨40h，轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min。
[0015]球磨完成后，將添加劑漿料取出，過(guò)篩，用離心式噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥。噴霧干燥機(jī)進(jìn)風(fēng)溫