一種綜合電氣性能優(yōu)良的氧化鋅壓敏電阻陶瓷的配方的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電工材料領(lǐng)域，特別是一種綜合電氣性能優(yōu)良的氧化鋅壓敏電阻陶瓷的配方
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO壓敏電阻是以ZnO為主要原料，添加少量的Bi2O3、Sb2O3、Mn02、Cr2O3、Co2O3、和銀玻璃粉等作為輔助成份，采用陶瓷燒結(jié)工藝制備而成。由于其良好的非線性性能和大通流容量的優(yōu)點，19世紀70年代被發(fā)現(xiàn)以來，ZnO壓敏電阻作為電力系統(tǒng)避雷器的核心元件被廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)防雷和電力設(shè)備的過電壓保護。
[0003]隨著輸電電壓等級的不斷提高，特別是是特高壓系統(tǒng)，設(shè)備絕緣問題日益突出，全面提高設(shè)備絕緣將付出高昂的代價。采用高梯度、低殘壓的ZnO壓敏電阻組裝而成的避雷器可降低系統(tǒng)的絕緣水平，減小輸變電設(shè)備的重量和體積，提高輸電系統(tǒng)的可靠性。
[0004]ZnO壓敏電阻的非線性特性可分為三個區(qū)域:小電流區(qū)、中電流區(qū)以及大電流區(qū)。小電流區(qū)(<10-4A/cm2)又稱為預(yù)擊穿區(qū)，該區(qū)域內(nèi)晶界呈現(xiàn)出高阻狀態(tài)，1-V曲線表現(xiàn)為歐姆特性，在該區(qū)域的歐姆特性曲線斜率越大，則ZnO壓敏電阻的小電流特性越穩(wěn)定，壓敏電壓UlmA也就越高。中電流區(qū)為非線性電阻區(qū)，此區(qū)域電流急劇增大而電壓增加緩慢，此區(qū)域1-V特性由ZnO晶粒與ZnO晶界共同影響而決定，是壓敏電阻的工作區(qū)。大電流區(qū)(>103A/cm2)又變?yōu)闅W姆特性，該區(qū)域ZnO晶粒的電阻決定了殘壓的高低，同時該區(qū)域在1-V特性平面出現(xiàn)的位置，決定了 ZnO壓敏電阻通流容量的大小。
[0005]不論是在中電流區(qū)還是大電流區(qū)，ZnO晶粒電阻都影響著1-V特性。要降低ZnO壓敏電阻的殘壓，必須降低ZnO壓敏電阻的電阻率。根據(jù)以往的研究表明，添加一定量的施主離子能夠明顯提高ZnO晶粒的電阻率，從而達到降低殘壓的目的。在實際的工業(yè)生產(chǎn)中大多采用Al離子作為施主離子添加到ZnO壓敏電阻材料中，但是Al離子的添加往往伴隨著泄漏電流的增加，同時導致非線性系數(shù)的降低，ZnO壓敏電阻的老化特性也變得不穩(wěn)定。在工業(yè)應(yīng)用中，也有采用ZnO和部分輔助添加料預(yù)燒結(jié)的方式，使得部分混合原料預(yù)反應(yīng)，以提高壓敏材料的勢皇和穩(wěn)定性，這種方式使得生產(chǎn)工藝復(fù)雜化。目前主要通過提高晶粒的均勻程度，使得電流能夠均勻的流過整個壓敏電阻閥片，從而提高ZnO壓敏電阻的通流容量，但晶粒的均勻程度受燒結(jié)工藝以及原料混合研磨工藝等的影響較大，做到晶粒的均一化有難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設(shè)計了一種綜合電氣性能優(yōu)良的氧化鋅壓敏電阻陶瓷的配方。具體設(shè)計方案為:
[0007]—種綜合電氣性能優(yōu)良的氧化鋅壓敏電阻陶瓷的配方，配方成分包括氧化鋅ZnO、氧化祕Bi2O3、二氧化猛MnO2、三氧化二鋪Sb2O3、三氧化二鈷Co2O3、二氧化娃S12、氧化招Al2O3、三氧化二釔Y2O3、氧化鉻Cr2O3。
[0008]各配方成分之間的摩爾比為ZnO: Bi2O3: MnO2: Sb2O3: Co2O3: S12: Al2O3: Y2O3: Cr2O3 =90-92:1.35-1.65:0.99-1.01:0.99-1.01:0.99-1.01:1.35-1.65:0.99-1.01:0.99-1.01:0.99-1.01 ο
[0009]—種綜合電氣性能優(yōu)良的氧化鋅壓敏電阻陶瓷的配方，制備步驟包括漿料制備、成型、燒結(jié)，所述漿料制備步驟包括初次球磨、二次球磨、三次球磨、噴霧造粒、自動含水。
[0010]所述初次球磨步驟中，所述初次球磨的成分包括Bi2O3、Mn02、Sb2O3、Co2O3、S12、Cr2O3、去離子水，所述初次球磨時間為270-330min，得到初次球磨輔助混合漿料，所加入的Bi203、Mn02、Sb203、Co203、Si02、Cr203的摩爾比為1.35-1.65:0.99-1.01:0.99-1.01:0.99-1.01:1.35-1.65:0.99-1.0l0
[0011]所述成型步驟為壓片成型，使用液壓壓片機以及直徑50mm的圓柱形模具，將干燥造粒后的顆粒料壓片成型，成型壓力為200MPa，成型時間3min。
[0012]使用高溫電路完成所述燒結(jié)步驟，所述燒結(jié)步驟中，溫度控制與時間控制為:
[0013]從室溫至400°C，升溫時間為110-130min;
[0014]在400 V時進行保溫排膠，保溫時間為160-200min;
[0015]從400°C至1000°C，升溫時間為 160-200min;
[0016]從1000°C至 1200°C，升溫時間為80_100min;
[0017]在1200 0C時保持溫度，保溫時間為160-200min ；
[0018]自然冷卻，將至室溫。
[0019]二次球磨步驟中，向所述初次球磨輔助混合漿料中加入ZnO、聚乙烯醇PVA、粉散劑、去離子水，并球磨混合至分散均勻，獲得二次球磨輔助混合漿料，所述加入ZnO與初次球磨輔助混合漿料中Bi2O3的摩爾比為90-92: 1.35-1.65。
[0020]三次球磨步驟中，向所述二次球磨輔助混合漿料中加入Α1203、Υ203、去離子水后進行三次球磨，所述三次球磨的時間為55-65min，得到漿料，所述加入Al2O3、Y2O3與二次球磨輔助混合漿料中加入的ZnO的摩爾比為0.99-1.01:0.99-1.01: 90-92。
[0021]通過本發(fā)明的上述技術(shù)方案得到的一種綜合電氣性能優(yōu)良的氧化鋅壓敏電阻陶瓷的配方，其有益效果是:
[0022]在ZnO及混合漿料中同時添加了Al和Y元素，Al和Y離子的共同作用下，使得大電流區(qū)的晶粒電阻下降，降低了 ZnO壓敏電阻的殘壓水平;在V-1特性曲線上，大電流區(qū)的拐點右移，提高了本配方制作的ZnO壓敏電阻泄放電荷的能力;Al和Y離子的共同作用下，使得本配方制作的ZnO壓敏電阻在小電流區(qū)的V-1特性更加穩(wěn)定，電壓梯度得以提高，非線性系數(shù)增加，與單純添加Al離子相比，泄漏電流得到抑制;Al和Y元素的共同添加使得本配方制作的ZnO壓敏電阻的老化性能更加穩(wěn)定，消除了單純添加Al離子帶來的壓敏電阻老化性能不穩(wěn)定的不足之處。
【具體實施方式】
[0023]—種綜合電氣性能優(yōu)良的氧化鋅壓敏電阻陶瓷的配方，配方成分包括氧化鋅ZnO、氧化祕Bi203、二氧化猛Μηθ2、三氧化二鋪Sb203、三氧化二鈷C02O3、二氧化娃Si02、氧化招AI2O3、二氧化二乾Y2O3、氧化絡(luò)Cr2〇3。
[0024]各配方成分之間的摩爾比為ZnO: Bi2O3: MnO2: Sb2O3: Co2O3: S12: Al2O3: Y2O3: Cr2O3 =90-92:1.35-1.65:0.99-1.01:0.99-1.01:0.99-1.01:1.35-1.65:0.99-1.01:0.99-1.01:
0.99-1.01 ο
[0025]—種綜合電氣性能優(yōu)良的氧化鋅壓敏電阻陶瓷的配方，制備步驟包括漿料制備、成型、燒結(jié)，所述漿料制備步驟包括初次球磨、二次球磨、三次球磨、噴霧造粒、自動含水。
[0026]所述初次球磨步驟中，所述初次球磨的成分包括Bi2O3、Mn02、Sb203、Co203、S12、Cr2O3、去離子水，所述初次球磨時間為270-330min，得到初次球磨輔助混合漿料，所加入的Bi203、Mn02、Sb203、Co203、Si02、Cr203的摩爾比為1.35-1.65:0.99-1.01:0.99-1.01:0.99-1.01:1.35-1.65:0.99-1.0l0
[0027]所述成型步驟為壓片成型，使用液壓壓片機以及直徑50mm的圓柱形模具，將干燥造粒后的顆粒料壓片成型，成型壓力為200MPa，成型時間3min。
[0028]使用高溫電路完成所述燒結(jié)步驟，所述燒結(jié)步驟中，溫度控制與時間控制為:
[0029]從室溫至400°C，升溫時間為110-130min;
[0030]在400 0C時進行保溫排膠，保溫時間為160-200min ；
[0031]從40(TC 至 1000。(:，升溫時間為160-20011^11;
[0032]從100cC至120(TC，升溫時間為80_100min;
[0033]在1200°C時保持溫度，保溫時間為160-200min;
[0034]自然冷卻，將至室溫。
[0035]二次球磨步驟中，向所述初次球磨輔助混合漿料中加入ZnO、聚乙烯醇PVA、粉散劑、去離子水，并球磨混合至分散均勻，獲得二次球磨輔助混合漿料，所述加入Z