專利名稱：一種稀土氧化物摻雜的ZnO－Bi的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)，特別涉及一種稀土氧化物摻雜ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)。
背景技術(shù)：
提高ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷電位梯度的常規(guī)方法是減小ZnO晶粒的尺寸。如果在ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷中摻雜適量的稀土氧化物，稀土氧化物或其所形成的相僅存在于晶界處，起到顯著的“釘扎”作用，明顯抑制了ZnO晶粒的生長(zhǎng)，可使ZnO晶粒尺寸降到5μm左右，因而相應(yīng)的電位梯度值可達(dá)到400V/mm或以上。所以稀土氧化物摻雜對(duì)ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷進(jìn)行改性，是提高陶瓷介質(zhì)電位梯度的一種重要方法。
目前，關(guān)于稀土氧化物摻雜的重點(diǎn)主要集中在添加劑的種類對(duì)傳統(tǒng)ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷顯微結(jié)構(gòu)影響的研究上，而對(duì)于稀土氧化物摻雜改性的ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷的組成未見有公開報(bào)道。如果添加劑種類選擇不當(dāng)或添加量不合適均會(huì)影響陶瓷介質(zhì)電位梯度的提高和綜合電性能的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在傳統(tǒng)壓敏陶瓷組成的基礎(chǔ)上，提供一種稀土氧化物摻雜的ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷配方的組成，通過常規(guī)制備方法，可顯著提高燒結(jié)后陶瓷介質(zhì)的電位梯度，改善綜合電氣性能。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種稀土氧化物摻雜的ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)，按摩爾百分比，包括下述組分ZnO為91～98％；Bi2O3、Cr2O3、Co2O3、Ni2O3、MnCO3和SiO2各為0.1～1.0％；H3BO3為0.01～0.2％，Al(NO3)3·9H2O為0.001～0.01％；Sb2O3為0.5～2％；稀土氧化物Ce2O3或Gd2O3的含量為0.1～1.0％。
上述組成中，組分ZnO最好為94～97％；組分Bi2O3、Cr2O3、Co2O3、Ni2O3、MnCO3和SiO2最好各為0.3～0.7％；組分H3BO3最好為0.05～0.1％，組分Al(NO3)3·9H2O最好為0.002～0.006％；組分Sb2O3最好為0.7～1.2％；稀土氧化物Ce2O3或Gd2O3為0.3～0.7％；最好兩者都有，且各為0.3～0.7％。
本發(fā)明所提供的稀土氧化物摻雜ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)的組成，通過對(duì)各添加劑組分含量的調(diào)整，以及對(duì)稀土氧化物Ce2O3、Gd2O3單摻雜和雙摻雜試驗(yàn)，并調(diào)整摻雜含量的合理比例，在1100～1180℃燒結(jié)得到的系列陶瓷介質(zhì)，電位梯度大多在450V/mm以上，最高可達(dá)520V/mm，同時(shí)泄漏電流和非線性指數(shù)綜合電氣性能指標(biāo)也相當(dāng)好，摻雜改性獲得了滿意的積極效果。本發(fā)明的壓敏陶瓷介質(zhì)可用于制造超/特高壓電力系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)避雷器產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述一種稀土氧化物摻雜的ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)，按摩爾百分比，包括下述組分ZnO為91～98％；Bi2O3、Cr2O3、Co2O3、Ni2O3、MnCO3和SiO2各為0.1～1.0％；H3BO3為0.01～0.2％，Al(NO3)3·9H2O為0.001～0.01％；Sb2O3為0.5～2％；稀土氧化物添加劑Ce2O3、Gd2O3至少有一種；所述Ce2O3、Gd2O3含量各為0.1～1.0％。具體組成列于表1，組成A～R共18個(gè)。
本發(fā)明組成中的添加劑Bi2O3，其平均粒徑在1～10μm，含量在0.1～1mol％之間，最好在0.3～0.7mol％之間，含量過低將導(dǎo)致泄漏電流的增大和非線性指數(shù)的降低；而含量過高將因揮發(fā)產(chǎn)生大量的氣孔。本發(fā)明組成中的添加劑Sb2O3，其平均粒徑為0.5～3μm，含量在0.5～2.0mol％范圍內(nèi)調(diào)整，最好在0.75～1.2范圍內(nèi)調(diào)整，Sb2O3可以提高電位梯度，改善其他添加劑在瓷體中的分布，Sb2O3含量過低將使添加劑均勻分散的作用不能發(fā)揮出來；而過高將導(dǎo)致ZnO晶粒太小，這將影響大電流的通流能力。本發(fā)明組成中的添加劑Cr2O3、Co2O3、MnCO3、Ni2O3，其平均粒徑在1～10μm之間，各組分含量在0.1～1mol％范圍內(nèi)調(diào)整，最好在0.3～0.7mol％范圍內(nèi)調(diào)整。
表1

本發(fā)明組成中的添加劑SiO2，其平均粒徑在0.3～1μm之間，含量在0.1～1mol％范圍內(nèi)調(diào)整，最好在0.3～0.7mol％范圍內(nèi)調(diào)整。添加劑H3BO3的含量在0.01～0.2mol％范圍內(nèi)調(diào)整，最好在0.05～0.1mol％之間調(diào)整。添加劑Al(NO3)3·9H2O的含量較低，在0.001～0.01mol％范圍內(nèi)調(diào)整，最好在0.002～0.006mol％范圍內(nèi)調(diào)整。本發(fā)明組成中還摻雜有稀土氧化物Ce2O3或Gd2O3，其平均粒徑在0.5～3μm之間，含量在0.1～1mol％范圍內(nèi)調(diào)整，最好兩者都有，含量各在0.3～0.7mol％范圍內(nèi)調(diào)整；摻雜含量過低，將不能起到抑制ZnO晶粒生長(zhǎng)的作用；摻雜含量過高將導(dǎo)致非線性指數(shù)的下降和泄漏電流的增加。
上述稀土氧化物摻雜的ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)的制備方法，包括下述步驟1)按表1組成A～R進(jìn)行配比稱量，所采用的添加劑組分均為試劑純，主料ZnO為壓敏電阻器專用的工業(yè)純，其平均粒徑在0.5μm左右。
2)每個(gè)組成配比稱量后，分別將除ZnO、Al(NO3)3·9H2O以外的所有組分混合球磨20小時(shí)，于120℃烘干后升溫至900℃預(yù)燒30分鐘。
3)預(yù)燒后的組分經(jīng)粉碎再與ZnO、Al(NO3)3·9H2O混合，加入1wt％濃度的聚乙烯醇水溶液球磨20小時(shí)制成漿料，然后經(jīng)噴霧干燥成造粒料；4)用單柱壓機(jī)，以50噸的成型壓力壓制成尺寸為φ26×9mm的圓片狀生坯，每種組成壓6片，18個(gè)組成共108片，一起在450℃±20℃溫度下排膠。
5)將排膠后的每種組成(6片)每?jī)善瑸橐唤M，各在1100℃，1150℃和1180℃三個(gè)溫度下燒結(jié)4小時(shí)，升溫速率為200℃/小時(shí)，然后以100℃/小時(shí)的速率降溫至室溫；共獲得φ20×8mm大小的54組致密燒結(jié)體，即每種配方對(duì)應(yīng)三個(gè)不同燒結(jié)溫度的18個(gè)實(shí)施例，共54個(gè)實(shí)施例，經(jīng)端面打磨后被敷鋁電極，進(jìn)行電氣性能測(cè)試，并取其平均值。
表2給出了1100℃燒結(jié)的實(shí)施例1～18的電氣性能測(cè)試結(jié)果表2

表3給出了1150℃燒結(jié)的實(shí)施例19～36的電氣性能測(cè)試結(jié)果
表3

表4給出了1180℃燒結(jié)的實(shí)施例37～54的電氣性能測(cè)試結(jié)果
表4

從表2、表3、表4測(cè)試結(jié)果可看出，組成G～O在1100℃燒結(jié)的實(shí)施例7～15、在1150℃燒結(jié)的實(shí)施例25～33、在1180℃燒結(jié)的實(shí)施例43～51，電位梯度都在450V/mm以上，實(shí)施例15高達(dá)520V/mm；泄漏電流都在20μA以下，非線性指數(shù)都在11以上，實(shí)施例43高達(dá)25；綜合性能指標(biāo)相當(dāng)好。
權(quán)利要求
1.一種稀土氧化物摻雜的ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)，其特征是，按摩爾百分比，包括下述組分ZnO為91～98％；Bi2O3、Cr2O3、Co2O3、Ni2O3、MnCO3和SiO2各為0.1～1.0％；H3BO3為0.01～0.2％，Al(NO3)3·9H2O為0.001～0.01％；Sb2O3為0.5～2％；稀土氧化物Ce2O3、Gd2O3的一種或兩種，其含量各為0.1～1.0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土氧化物摻雜的ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)，其特征是，按摩爾百分比，包括下述組分ZnO為94～97％；Bi2O3、Cr2O3、Co2O3、Ni2O3、MnCO3和SiO2各為0.3～0.7％H3BO3為0.05～0.1％，Al(NO3)3·9H2O為0.002～0.006％；Sb2O3為0.7～1.2％；稀土氧化物Ce2O3、Gd2O3的一種或兩種，其含量各為0.3～0.7％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土氧化物摻雜的ZnO-Bi2O3系壓敏陶瓷介質(zhì)，其特征是，所述稀土氧化物為Ce2O3和Gd2O3兩種，其含量各為0.3～0.7％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種稀土氧化物摻雜的ZnO－Bi
文檔編號(hào)H01C7/10GK1844044SQ200610042720
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者李盛濤, 成鵬飛 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)