[發明專利]采用Nd、Zr離子復合施主摻雜制備ZnO壓敏電阻陶瓷的方法

在審

• 申請號: 202010193560.9
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111320472A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 趙洪峰;王昊;梁溫馨;趙慧;漆思怡;王玉川;楊興
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/622
• 代理公司: 天津市尚儀知識產權代理事務所(普通合伙) 12217
• 代理人: 王山

一種采用Nd、Zr離子復合施主摻雜制備ZnO壓敏電阻陶瓷的方法，包括原料配制步驟、添加ZnO步驟、離子添加步驟、成型步驟、排膠步驟、燒結步驟，上述步驟依次進行，其特征在于，所述離子添加步驟中，加入Al離子、Zr離子，所述原料制備步驟中加入Nd2O3，所述Zr離子以Zr(NO3)4·5H2O形式計量和添加。其有益效果是：梯度高、殘壓低、通流容量大、泄露電流小、老化性能穩定。

技術領域

本發明屬于材料領域，特別涉及一種采用Nd、Zr離子復合施主摻雜制備兼具高梯度和低殘壓特性的ZnO壓敏電阻陶瓷的方法。

背景技術

ZnO壓敏電阻是以ZnO為主要原料，添加少量的Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、和B2O3等作為輔助成份，采用陶瓷燒結工藝制備而成。

由于容易制造，而且對不純物反應遲鈍，容易制造，而且經濟，所以使用高電壓避雷器成為了主流。一般來說，采用前者電壓非直線電阻體的避雷元件制作并使用如下燒結元件。主要成分的zn0鉍（bi）、銻(sb)、鈷(co)、錳(mn)、鎳(ni)、硅(si)等的氧化物粉末混合后,圓盤狀等規定的形式整容,燒結爐內的高溫燒結,燒結體,該燒結體的兩端進行面研磨后,兩個研磨面電極設置使用。近年來，從節約能源或減少C02排放量的觀點來看，為了降低在輸電線中的功率損失，在全世界范圍內推進輸電線電壓的超高壓化。因此，要求防雷裝置使用的防雷元件也能夠承受超高壓。如果要使避雷器應對超高壓，使用通常制作的避雷元件，需要堆積很多個數，因此，所有的避雷元件要變長，而且收納的容器也要變大。因此，為了使整個避雷器尺寸減小，需要一種每單位厚度的粒界數大，即，粒徑小，每單位厚度電壓梯度高的避雷元件。同樣，超、特高壓電網需要更強的抗老化性能，因此，更大的單位厚度上的電壓梯度、更小的泄露電流成為了目前ZnO壓敏電阻閥片的所需。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，設計了一種采用Nd、Zr離子復合施主摻雜制備ZnO壓敏電阻陶瓷的方法。具體設計方案為：

一種采用Nd、Zr離子復合施主摻雜制備ZnO壓敏電阻陶瓷的方法，包括原料配制步驟、添加ZnO步驟、離子添加步驟、成型步驟、排膠步驟、燒結步驟，上述步驟依次進行，其特征在于，所述離子添加步驟中，加入Al離子、Zr離子，所述原料制備步驟中加入Nd2O3，所述Zr離子以Zr(NO3)4·5H2O 形式計量和添加。

所述原料配制步驟中，各成分的摩爾質量比為：SnO2(87.5~95.8mol%)、Bi2O3(0.5~2.0mol%)、Sb2O3(0.5~1.5mol%)、MnO2(0.5~1.0mol%)、Cr2O3(0.5~1.0mol%)、Co2O3(0.5~1.5mol%)、SiO2(1.0~2.0mol%)，以及Al(NO3)3(0.1~1.0mol%)、Nd2O3（0.03～0.04mol%）、Zr(NO3)4·5H2O (1 mol ~3 mol %)，其中所述Bi2O3、Sb2O3、MnO2、Cr2O3、Co2O3、SiO2、Nd2O3為輔料配方。

所述添加ZnO步驟中，將ZnO與輔料混合，并加入去離子水，去離子水與漿料的質量份數比為1-2:1，混合球磨，球磨2-3小時，使所有混合原料分散均勻為止。

所述離子添加步驟中，Al(NO3)3、Zr(NO3)4·5H2O，繼續球磨1～2小時，制成粉料。

所述成型步驟中，對所述粉料進行噴霧、含水后，使用液壓壓片機以及D5的圓柱形模具，將顆粒料壓片成型，成型壓力為150MPa，保壓時間2分鐘，形成胚體。

所述排膠步驟中，坯體在封閉的氣氛條件下，采用100~250℃/每小時的升溫速度，在400℃左右保溫排膠20小時。

所述燒結步驟中，從室溫升溫至燒結溫度1240~1260℃，在燒結溫度下保溫30~40小時，使陶瓷燒結致密。