[发明专利]一种高非线性稀土氧化物掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高非线性稀土氧化物掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料，属功能陶瓷材料制造技术领域。

背景技术

ZnO压敏陶瓷是以ZnO粉料为主体，添加微量的其他金属氧化物添加剂(如Bi₂O₃，Sb₂O₃，Co₂O₃，MnO₂，Cr₂O₃等)，经过混合、成型后在高温下烧结而成的多晶半导体陶瓷元件。

自1968年日本松下开发出ZnO压敏电阻以来，ZnO压敏电阻就以其造价低廉、制造方便、非线性系数大、响应时间快、残压低、电压温度系数小、漏电流小等优良性能，应用广泛于高压输电线路、城市地铁直流供电线路以及铁路电网系统。随着超高电压大功率输变电工程的发展，对输变电设备的安全性和可靠性要求越来越高，为了配合输电电网向超高压等级发展的需求，迫切需要提供参数先进、性能优良、可靠性高的压敏陶瓷材料。

在氧化锌压敏瓷中掺杂适量的稀土氧化物，稀土氧化物钉扎于晶界处，明显抑制了ZnO晶粒的生长，使压敏瓷的电位梯度明显提高。稀土氧化物掺杂对ZnO压敏陶瓷进行改性，是提高陶瓷介质电位梯度的一种重要方法。中国专利CN1844044A通过对稀土氧化物Ce₂O₃、Gd₂O₃单掺杂和双掺杂，并调整掺杂含量的合理比例，在1100～1180℃烧结得到的陶瓷介质，电位梯度可提高到500V/mm以上。中国专利CN1801409A在ZnO压敏瓷中添加适量Y₂O₃，得到电位梯度为2000V/mm左右，非线性系数约为23的压敏电阻。中国专利CN 101279844A在ZnO压敏瓷中添加适量复合稀土氧化物，其中复合稀土氧化物为未掺杂或掺有Al₂O₃的Sc₂O₃和稀土氧化物Y₂O₃、La₂O₃、Ce₂O₃、Er₂O₃、Dy₂O₃、Nd₂O₃中的一种，使氧化锌压敏陶瓷的电位梯度提高到1300～1600V/mm，非线性系数为30～50，漏电流为2～20μA。上述方法一般采用稀土氧化物来提高氧化锌压敏瓷的电位梯度，但是稀土氧化物掺杂在提高压敏瓷的电位梯度的同时会导致压敏瓷的非线性系数减小，使压敏瓷的压敏性能恶化。

发明内容

本发明的目的是提供一种产品性能良好、生产成本低，可适合于工业化生产的高非线性稀土氧化物掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高非线性稀土氧化物掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料，其特征在于该材料按摩尔百分比包括下述组分：ZnO 94％～98％为主体材料，MnO₂、Co₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Sb₂O₃、SiO₂各为0.1％～1.0％，稀土氧化物Sc₂O₃为0.3％～0.6％。

本发明的高非线性稀土氧化物掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料的制备方法采用如下工艺过程和步骤：

(1)分别称量按摩尔比为ZnO 94％～98％，MnO₂、Co₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Sb₂O₃、SiO₂各为0.1％～1.0％，稀土氧化物Sc₂O₃为0.3％～0.6％。

(2)采用玛瑙球、尼龙罐，无水乙醇为球磨介质，在高能球磨机中湿磨5h，转速250rpm，球∶粉∶无水乙醇的质量比为20∶1∶5。

(3)球磨好的浆料在70℃烘24h成干粉。