[发明专利]一种适用于高压涌流下工作电器使用的氧化锌压敏电阻材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于高压涌流下工作电器使用的氧化锌压敏电阻材料及其制备方法， 属于电子陶瓷制备及应用技术领域。

背景技术

自20世纪70年代避雷器用氧化锌非线性电阻研制成功以来，在高压涌流环境下工作电 器中，氧化锌压敏电阻已逐渐替代了碳化硅系压敏电阻。从材料配方来看，目前国内外生产 的氧化锌压敏电阻大多采用以氧化锌(ZnO)添加氧化铋(Bi₂O₃)、氧化锑(Sb₂O₃)、氧化锰 (MnO₂)、氧化铬(Cr₂O₃)和氧化钴(CoO或Co₃O₄)等金属氧化物组成的配方(以下称简 铋系氧化锌压敏电阻)。铋系氧化锌压敏电阻的性能在一定程度上可以满足产品设计的要求， 但铋系氧化锌压敏电阻片在烧成过程中由于添加物氧化铋(Bi₂O₃)的高挥发性和在1000℃以 上自身反应剧烈，导致铋系氧化锌压敏电阻片在微观结构和电性能方面尚有不足。尽管通过 添加相关的添加物使挥发得到一定程度的抑制，但从根本上还无法将其消除。铋系氧化锌压 敏电阻片要获得优良的性能需通过添加种类较多的添加物才可得以实现，增加了配方控制的 复杂性。为了克服铋系氧化锌压敏电阻存在的一些问题，近年来人们对镨系氧化锌压敏电阻 进行了研究。镨系氧化锌压敏电阻片配方组成以氧化锌为主，添加氧化镨(Pr₆O₁₁)、氧化钴 (CoO或Co₃O₄)、氧化铬(Cr₂O₃)等，它克服了铋系氧化锌压敏电阻材料存在的固有缺陷， 添加物种类相对较少。镨系氧化锌压敏电阻材料显微结构包括氧化锌晶粒和以氧化镨为主成 分的晶界相两相，它增加了晶粒边界层的有效面积，提高了通流能力，有利于提高电位梯度 和降低泄漏电流。在镨系氧化锌压敏电阻材料中添加不同的金属氧化物，可以获得性能各异、 用途各异的压敏电阻材料，满足不同领域电器对氧化锌压敏电阻的需求。

发明内容

本发明提出一种新型氧化锌复合陶瓷压敏电阻材料及制备方法。用这种材料制作的ZnO 压敏电阻材料组分简单、挥发性成份少，掺杂元素更容易实现精确可控，材料微观结构更加 均匀、致密，压敏电压高，漏电流较小，非线性性能优良，特别适合高压涌流下工作电器(如 超特高压输变电设备)使用。

本发明提出的材料配方，其特征在于，以氧化锌为主相，采用氧化镨为非线性产生氧化 物，并采用Co、Cr、Zr、Ti的氧化物一种以上作为非线性增强剂和稳定剂。其组分及各组分 的摩尔百分含量为：

氧化锌(ZnO)               65～98mol％

氧化镨(Pr₆O₁₁)            0.1～20mol％

氧化钴(Co₃O₄或CoO)        0.01～25mol％

氧化铬(Cr₂O₃)             0.01～25mol％

氧化锆(ZrO₂)            0.01～30mol％

氧化钛(TiO₂)            0～5mol％

将上述各组分按照相应的含量进行混料，混合均匀后经过烧结致密即形成本发明所提出 的适用于高压涌流下工作电器使用的氧化锌压敏电阻材料。

本发明提出的所述材料的相应制备方法，其特征在于，其工艺流程依次包括“混料、高能 球磨、烘干、研磨过筛、模压成型、烧结和被银”工序。

在上述制备方法中，根据本发明提出的配方中各组分的摩尔百分比计算各组分的质量百 分含量，根据各组分的质量百分含量对各组分进行称量。将按比例称量好的粉料进行混料， 同时加入0～10％(质量分数)的分散剂和粘结剂。

在上述制备方法中，所述高能球磨采用湿式球磨法，即在混合粉体中加入去离子水和氧 化锆磨球放在高能球磨机上进行球磨。其中混合粉体、氧化锆磨球、去离子水的质量比为 1∶(2～10)∶(2～5)，球磨12～72小时。