[发明专利]一种高非线性玻璃料掺杂的氧化锌压敏陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种压敏陶瓷材料，具体的说是一种高非线性高电位梯度玻璃料掺杂氧化锌压敏陶瓷材料。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高非线性高电位梯度玻璃料掺杂氧化锌压敏陶瓷材料，具有产品性能良好，生产成本低等特点，可满足当前工业化生产的高非线性和高电位梯度压敏陶瓷产品的急需。

本发明所采用的制备方法分以下步骤进行：

一）制备锌硼玻璃配料

锌硼玻璃料的配方为：氧化锌与硼酸摩尔配比为55：45；

制备方法按如下步骤进行：

1）按摩尔比取氧化锌和硼酸，再按配置后的混合重量比加入80%纯水，然后采用球磨机在转速250转/分状态下球磨4小时制作为浆料；

2）将上述浆料用烘箱100℃状态烘干；

3）将烘干后的混合料采用马弗炉按升温速率为5～7℃/分从室温升温至1100℃煅烧2小时；

4）采用常温纯水急冷淬火，使之成为大小不均匀的细球状料；

5）将上述细球状料加入纯水，纯水加入按细球状料的重量比份80%加入，采用球磨机在转速250转/分状态下球磨4小时为浆料；

6）将上述浆料采用烘箱烘干，即生产为锌硼玻璃粉待用，

二）制备压敏陶瓷材料主料

所述压敏陶瓷材料主料配方摩尔百分比组合如下：

氧化锌94.95%

氧化铋1.25%

二氧化钛0.4%

三氧化二钴0.4%

二氧化锰1%

二氧化锡1%

三氧化二锑1%

制备方法分如下步骤进行：

1）取氧化锌、氧化铋、二氧化钛、三氧化二钴、二氧化锰、二氧化锡、三氧化二锑，并按混合后总重量比加入80%的纯水，放入球磨机，在转速250转/分状态下球磨20小时，球磨为浆料；

2）将上述浆料采用烘箱100℃状态烘干；

3）将上述烘干料采用马弗炉按每分钟升温5℃方式从室温升温至900℃状态煅烧2小时后即为压敏陶瓷主料待用，

三）制备压敏陶瓷材料

1）按压敏陶瓷主料重量的0.2%～1.5%取锌硼玻璃配料混合均匀，然后按总重量比加入80%的纯水和2%浓度为5%的聚乙烯醇水溶液后用球磨机球磨为浆料，球磨机转速为250转/分，球磨时间为20小时；

2）将球磨后的浆料采用烘箱在90℃状态烘干；