[发明专利]一种高电位梯度ZnO基压敏瓷料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于ZnO基压敏瓷料，特别涉及一种稀土氧化物掺杂ZnO基压敏瓷料及其制备方法。

背景技术

压敏陶瓷是指在某一特定电压范围内具有非线性伏安（V-I）特性，其电阻值随电压的增加而急剧减小的电子材料，它是由晶粒大小和晶界结构控制的典型电子功能材料。输电电路电压等级的提高以及输电电容的增大对金属氧化物避雷器的质轻、体积的小型化提出更高要求。开发高电位梯度大容量的ZnO基压敏陶瓷是减小金属氧化物避雷器质量和实现体积小型化的有效途径。目前主要是通过控制ZnO主晶粒尺寸的大小来调节压敏陶瓷的电位梯度。掺杂稀土氧化物能够提高ZnO压敏陶瓷的电位梯度，这是由于稀土元素的离子半径较大，在ZnO晶粒中的固溶度很低，它们主要以其氧化物的形式或所形成的相在晶界中偏析来稳定氧化锌晶粒形状及增强对氧化锌晶粒生长的抑制作用，最终使得ZnO基压敏陶瓷的晶粒均匀细化。

目前，我国的压敏电阻片的电位梯度大都在200V/mm左右，高电位梯度压敏瓷的发展相比国外相对滞后。大量的科学研究主要集中在调节制备工艺或改变添加剂种类与含量对ZnO基压敏陶瓷的电性能与显微结构影响。稀土氧化物掺杂能显著调控ZnO基压敏陶瓷的电性能，改性作用明显，可大幅提高压敏瓷的电位梯度，改善非线性系数。稀土氧化物Dy₂O₃掺杂对ZnO基压敏陶瓷的电性能影响未见到过公开的报道。开发出兼具高非线性系数和高电位梯度的ZnO基压敏瓷具有重要的应用价值与社会效益。而探索掺杂稀土氧化物种类与配比将是获得优良综合电性能的ZnO基压敏陶瓷的技术关键。

发明内容

本发明的目的是要提供一种高电位梯度ZnO基压敏瓷料及其制备方法，所制得的稀土氧化物掺杂的ZnO基压敏瓷，既能改善ZnO基压敏瓷的非线性系数，又能显著提高其电位梯度，从而解决超高压电力系统的避雷器对高电位梯度压敏材料的要求。

实现本发明目的的技术方案是：

一种高电位梯度ZnO基压敏瓷料，其具体组成配方为：aZnO.bBi₂O₃.cSb₂O₃.d Co₂O₃.eMnO₂.fCr₂O₃.gDy₂O₃, 其中Dy₂O₃作为调节压敏瓷显微组织与电性能的掺杂自变量；a＋b＋c＋d＋e＋f+g=1，各物质的摩尔比分别是：0.95≤a≤0.97，b=0.007，c=0.01，d=0.008，e=f=0.005，0.004≤g≤0.008，通过调节优化掺入压敏瓷中Dy₂O₃的含量，制备出晶粒细小、分布均匀、综合电性能优良压敏瓷料。

一种高电位梯度ZnO基压敏瓷料的制备方法，包括如下步骤：

（1）配料：以纯度大于98.5%的ZnO，Bi₂O₃，Sb₂O₃，Co₂O₃，MnO₂，Cr₂O₃和Dy₂O₃为原料，严格按照aZnO.bBi₂O₃.cSb₂O₃.d Co₂O₃.eMnO₂.fCr₂O₃.gDy₂O₃的比例配料，其中a＋b＋c＋d＋e＋f+g=1，各物质的摩尔比分别是：0.95≤a≤0.97，b=0.007，c=0.01，d=0.008，e=f=0.005，0.004≤g≤0.008进行湿式球磨；

（2）湿式球磨混合24小时后，将球磨好的浆料在75℃烘12小时成干粉；

（3）干粉在750℃的空气气氛中预烧2小时；

（4）在预烧的粉末中添加4%聚乙烯醇水溶液，造粒烘干后过100目筛子；

（5）在80MPa下压制成直径大小18mm，厚度1.2mm的试样，在500℃排胶2小时；