[01116632]一种高非线性玻璃料掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料

ZnO压敏陶瓷是以ZnO粉料为主体,添加微量的其他金属添加剂（如MnO2,Co2O3, Bi2O3,Cr2O3,Sb2O3等）,经过混合,成型后在高温下烧结而成的多晶半导体陶瓷材料。 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、电压温度系数小等优良性能,广泛用于高压输电线路和城市地铁直流供电路以及铁路电网系统,并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,压敏陶瓷材料是制造高电位梯度压敏电阻片的主要原料,压敏电阻片又是制造避雷器和压敏电阻器等产品的主要元件,而避雷器和压敏电阻器等产品又是各种电网和超高压输变电系统必用的防雷击元件,压敏陶瓷材料已广泛大量用于电力线路作为吸收和抑制异常过电压,保护电子电力设备中。 现在所使用的压敏陶瓷材料其电位梯度即单位厚度压敏电压,通常低于250V/mm,根本无法满足形势发展的急需,部分较高梯度的压敏陶瓷材料则采用纳米技术材料,这种纳米材料又存在制造麻烦和成本费用过高等问题,申请号为200610042720.X公开了一种电位梯度为500 V/mm的压敏材料,但仍存在非线性系数较小和漏电流较大的问题,另一CN101279844A专利在压敏陶瓷中添加适量复合稀土氧化物,使电位梯度提高到300～1600 V/mm,非线性系数为30～50,但稀土氧化物的掺杂在提高压敏陶瓷电位梯度的同时,导致了压敏陶瓷非线性系数受到制约,使压敏性能恶化,申请号为201110055176.3的专利申请,虽然公开了可获得电位梯度750～900 V/mm,非线性系数为20～40的压敏电阻体,但工艺过程采用了液相沉积法对纳米ZnO进行表面包覆,使制造成本大大增加,且非线性系数也不理想。开发高非线性高电位梯度压敏陶瓷材料势在必行。 ZnO压敏陶瓷绝大部分是由ZnO为主,加上其他各种氧化物组成的,在常温下它们都是绝缘体。通过微量杂质的掺入,控制烧结气氛（化学计量比偏离）及晶粒、晶界、气孔组成的微观结构,在晶粒表层产生固溶、偏析及晶格缺陷;这些晶粒边界层的组成、结构变化,从而活化了晶界,改善了晶界双肖特基势垒,改变了晶界陷阱和表面态密度,从而提高非线性系数和压敏电压。 本发明所获取电位梯度可达到470～1170V/mm、非线性系数为50～115、漏电流低于5μΑ的系列压敏陶瓷。 制备压敏陶瓷材料主料使用了新原料新配方,配方成分为按原料摩尔比：氧化锌94.95%、氧化铋1.25%、二氧化钛 0.4%、二氧化二钴0.4%、二氧化锰1%、二氧化锡1%、三氧化二锑1%,另添加一定比分的锌硼玻璃粉配料。经过球磨机球磨、烘干、成型、排胶、然后1020~1100℃烧结即制成为压敏陶瓷材料。该新配方以及工艺技术所制备的压敏陶瓷材料具有显著的优良电性能。与现有的制造技术相比,新配方及其烧结工艺就是该发明技术的创造性与先进性。 固相法制备压敏陶瓷一般都是先将各成分氧化物混合经过球磨机球磨、烘干、预烧、球磨、成型、排胶、然后高温烧结即制成为压敏陶瓷材料。固相法制备技术比较成熟,包括新材料配方以及材料的制备工艺比较成熟。 适用范围为制备高非线性高电位梯度陶瓷材料,所用原料的纯度与粉料特性均与市售化学纯原料相似。 技术的安全性比较可靠,易于控制。 该发明专利应用情况属于所述属于实验室小试所得压敏陶瓷材料的制备技术方案。 存在的问题在于对大规模生产还需要进行适当中试,摸索各原料比分以及具体的生产设备的生产工艺各环节的最佳参数,以制备得到性能最佳且稳定的产品。 2015年 高性能氧化锌压敏电阻及避雷器 获襄阳市级一等奖 2016.10-2018.10湖北文理学院创新创业综合体科技创新专家库入库专家