一种高性能避雷器用氧化锌压敏陶瓷材料的制作方法 [000引 ZnO压敏陶瓷是W化0粉料为主体，添加微量的其他金属添加剂(如Mn02, C0203， Bi203,化203,訊203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。 [0003] 压敏陶瓷材料可用于制造高电位梯度压敏电阻片，该电阻片可用于制造避雷器或 压敏电阻器，应用于电力电子线路中吸收异常过电压W保护线路系统。电力电子线路中常 会因雷击或负载投切引起线路异常过电压，ZnO压敏陶瓷材料已大量用于电力电子线路中 吸收或抑制异常过电压，保护电力电子设备免遭破坏。 [0004] 但现在已应用的ZnO压敏陶瓷材料，其电位梯度(单位厚度压敏电压）通常低于 250V/mm，对于工作电压较高的电力电子线路，所采用的压敏电阻片的厚度较大或串联的数 量较多，如能提高压敏材料的电位梯度，同样应用场合的压敏电阻片厚度可降低或串联的 数量可减少。例如在避雷器应用中将电位梯度为400V/mm取代现用的200V/mm压敏陶瓷材 料，避雷器所需串联压敏陶瓷电阻片（同样厚度）数量减半，整个避雷器的高度可大大降低， 该不仅可降低避雷器本身的制造成本，而且可降低避雷器应用场合的重力负荷及风阻，提 高输配电系统可靠性。 [0005] 申请号为97103063. 4,名称为"电压非线性电阻体、压敏非线性电阻体制造方法 及避雷器"的专利申请，虽然公开了可制得电位梯度40(T450V/mm的压敏电阻体，但其工 艺过程要求7〇(T4〇(rc之间降温(Tsrc小时，该在生产上难W实现；且该发明申请要求在 氧分压大于50%的气氛中降温或退火W改善电压非线性，该将大大增加制造成本。申请号 为200510025398. 5的专利申请(高电位梯度氧化锋压敏电阻材料及其制备与应用）公开了 可获得高电位梯度压敏电阻材料，但其制作工艺需多次球磨、烧结，且未公开所发明压敏电 阻材料的脉冲冲击耐受能力，而脉冲冲击耐受能力是压敏材料的关键特性，未知脉冲冲击 耐受能力的压敏材料不可获得应用。申请号为200610042720. X (-种稀±氧化物惨杂的 ZnO-Bis化系压敏陶瓷介质）公开了可获得电位梯度达500V/mm的压敏材料，但其非线性系 数较小、漏电流较大。

[0006] 本发明的目的在于提供一种避雷器用氧化锋基压敏陶瓷材料，该材料具有电位梯 度高、吸波能力与脉冲冲击耐受能力强等良好电气性能，生产成本低等特点，可满足当前电 力避雷器或其他电力电子线路的防雷过压保护所用压敏陶瓷电阻片工业化生产的急需。
[0007] 本发明的另一目的在于提供上述避雷器用氧化锋基压敏陶瓷材料的制备方法。 [000引除有说明外，本发明中采用的比例为重量配比。
[0009] 本发明的技术目的通过下述技术方案实现，W摩尔份数计，各组分含量如下： 主成分 ZnO IOOmol份 第一副成分 Bi2〇3, C〇2〇3, Mn〇2,化2〇3 和 NiO,各 0. 2 ?1. 2mol 份， 第二副成分訊2〇3，0. 8?1. Smol份； 第H副成分Y203 0. 04?0. 12 mol份和1叫〇3 0. 1?1. 5mol份； 第四副成分AI2O3 0. 003?0. OOSmol份。
[0010] 本发明所述避雷器用氧化锋基压敏陶瓷材料，各组分优选含量如下： 主成分 ZnO IOOmol份； 第一副成分 Bi2〇3,〇. 7 mol 份、C〇2〇3,〇. 8 mol 份、Mn〇2, 0. 5 mol 份、化2〇3 0. 5 mol 份和 Ni0,0. 8mol 份； 第二副成分訊2〇3,1. 0 mol份； 第H副成分Y203 0. 〇8 mol份和1叫03 0. 3?0. gmol份； 第四副成分Al2〇3 0. OOSmol份。
[0011] 所述氧化物均W采用市售的氧化物的形式引入。
[0012] 本发明所述避雷器用氧化锋基压敏陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤： (1) 按摩尔份数，称取主成分、第一、第二、第四副成分，混合，加入水，放入球磨机，球磨 制成浆料； (2) 将上述浆料在80?15(TC°C状态烘干； (3) 将上述烘干料在70(T95(rC条件下预烧2小时后即为压敏陶瓷主料待用； (4) 将预烧后的压敏陶瓷主料中再加第H副成分，然后按总重量计，每100重量份加入 80重量份纯水和2重量份浓度为5%的聚己帰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； (5) 将球磨后的浆料在7(T9(rC状态烘干； (6) 将上述烘干料用压力机压制为块状料，块状料大小为4 25 X 8毫米，静态放置24小 时； (7) 将静态放置24小时的块状料破碎后，并用100目滤筛筛出粗料再加工，直至达到 100目细度，即为氧化锋颗粒状瓷料； (8) 将氧化锋颗粒状瓷料用压力机压制为圆状陶瓷逐片； (9) 将上述圆状陶瓷逐片放入炉中，升温至50(TC，保持温度3小时进行排胶；后再升温 至IJ 1050-115(TC，烧结保温4小时，然后自然冷却至常温即制成为压敏陶瓷材料。
[0013] 本发明所述制备方法步骤（1)中加入水的量为主成分、第一、第二、第四副成分混 合后总重量之和；水为100 ;80。
[0014] 本发明所述制备方法步骤（1)中球磨机为250转/分，球磨时间为20小时。
[0015] 本发明所述制备方法步骤（3)将上述烘干料采用马弗炉90(TC条件下预烧2小时 后即为压敏陶瓷主料待用。
[001引本发明所述制备方法步骤（6)中压力机的压力为IMPa。
[0017] 本发明所述制备方法步骤（8)中压力机的压力为SMPa^lOMPa ;所制圆状陶瓷逐片 规格为412X1. 2毫米、423X2毫米。
[0018] 本发明所述制备方法步骤（9)中将所述圆状陶瓷逐片放入马弗炉中50(TC保持3 小时进行排胶，其50(TC的升温速率为5?TC /分，后再升温至1050?115(TC，烧结保温 4小时，其升温至1050?115(TC的升温速率为5?rC /分。
[0019] 本发明还提供所述避雷器用氧化锋基压敏陶瓷材料在电力避雷器压敏电阻片的 应用，利用所述避雷器用氧化锋基压敏陶瓷材料制作电位梯度为35(T500V/mm压敏电阻 片，所述压敏电阻片边沿制作高阻层和绝缘层，电阻片两端面制作喷铅电极。该电阻片应用 于制作电力避雷器。
[0020] 本发明通过上述技术方案，由于在材料的配方中采用了科学合理的精密组合，力口 之制备方法分步实施中各自采用加入纯水球磨获细浆料分别烘干锻烧，再混合球磨、烘干、 锻烧、烧结等科学的制备方式，所获取的压敏陶瓷材料，其电位梯度可达到350?500V/mm， 非线性系数约为40左右，泄漏电流为约1 y A，吸波能力与耐大电流冲击能力强。本发明解 决了现有技术中存在的电位梯度和非线性系数无法达到要求和成本过高W及工艺复杂等 诸多问题，具有产品性能好，工艺过程简单易操作和制造成本低W及能耗小、无污染等显著 特点，可望应用于电力避雷器或其它电力电子线路的防雷过压保护。




[0021] 图1是本发明的压敏电阻片结构示意图。


[0022] 为了更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发 明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
[0023] 图1中，1为本发明的压敏电阻片，2为避雷器用氧化锋基压敏陶瓷材料制作的陶 瓷烧结体，陶瓷烧结体2的上下两端面有喷铅电极3,陶瓷烧结体2的左右两端面有高阻层 和绝缘层。
[0024] 实施例1 采用市售纯度为99. 7%的间接法氧化锋为主成分，其半径粒径小于1微米。第一副成 分采用市售化学纯Bi2〇3, C〇2〇3, Mn〇2,化2〇3、Ni〇 ;第二副成分采用市售化学纯訊2〇3 ;第H副 成分采用市售化学纯Ys化和1?化；第四副成分采用市售化学纯Al2〇3。
[00巧]所述压敏陶瓷材料配方W摩尔份数计，各组分含量如下： 主成分：氧化锋化0 IOOmol份 第一副成分：氧化饿Bi2〇3,〇. 7 mol份H氧化二钻C〇2〇3,〇. 8 mol份二氧化猛Mn〇2， 0. 5 mol份H氧化二铅化2〇3 0.日mol份和氧化媒NiO 0. 8mol份， 第二副成分；H氧化二键訊2〇3 1. 0 mol份； 第H副成分：H氧化二纪Y203 0. 08 mol份H氧化鹤1叫〇3 0. 3 mol份； 第四副成分：氧化铅Al2〇3 0. OOSmol份。
[0026] 制备方法分如下步骤进行： 1) 取主成分、第一副成分、第二与第四副成分，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IOOC状态烘干； 3) 将上述烘干料采用马弗炉按每分钟升温5C方式从室温升温至90(TC状态锻烧2小 时后即为压敏陶瓷主料待用； 4) 取第H副成分与压敏陶瓷主料配料混合均匀，然后按总重量比加入80%的纯水和2% 的浓度为5%的聚己帰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； 5) 将球磨后的浆料采用烘箱在9(TC状态烘干； 6) 将上述烘干料用压力机压制为圆块状料，压力机的压力为IMPa,大小为425X8毫 米，静态放置24小时； 7) 将静态放置24小时的块状料破碎后，并用100目滤筛筛出粗料再加工，直至达到100 目细度，即生产为氧化锋颗粒状瓷料， 8) 将氧化锋颗粒状瓷料用压力机压制为大小为4 12X 1. 2毫米的圆状陶瓷逐片，压力 机的压力为6MPa ;用压力机压制为大小为4 23 X 2毫米的圆状陶瓷逐片，压力机的压力为 IOMPa ； 9) 将上述圆状陶瓷逐片放入马弗炉中，按升温速率为5C /分钟从室温升温至50(TC， 保持温度3小时进行排胶。后再W升温速率为5°C /分钟升温到1080。烧结保温4小时， 然后自然冷却至常温即制成为压敏陶瓷材料。
[0027] 从表1可看出上述实施所获取的压敏陶瓷材料经电气性能测试数据，实施例1， 108(TC烧结的陶瓷样品的小电流特性为： 电位梯度为345V/mm，泄漏电流都在0. 9 y A，非线性指数为30 ;大电流特性；脉冲冲击 失效率0/10。
[0028] 实施例2 : 所述压敏陶瓷材料配方W摩尔份数计，各组分含量如下： 主成分：氧化锋化0 IOOmol份 第一副成分：氧化饿Bi2〇3,〇. 7 mol份H氧化二钻C〇2〇3,〇. 8 mol份二氧化猛Mn化， 0. 5 mol份H氧化二铅化2〇3 0.日mol份和氧化媒NiO 0. Smol份， 第二副成分；H氧化二键訊2〇3 1. 0 mol份； 第H副成分：H氧化二纪Y203 0. 08 mol份、H氧化二钢1叫〇3 0. 7 mol份； 第四副成分：氧化铅Al2〇3 0. OOSmol份。
[0029] 制备方法同实施例1。
[0030] 从表1可看出上述实施所获取的压敏陶瓷材料经电气性能测试数据，实施例2， 108(TC烧结的陶瓷样品的小电流特性为： 电位梯度为470V/mm，泄漏电流都在0. 9 y A，非线性指数为35 ;大电流特性；脉冲冲击 失效率为1/10。
[00引]实施例3; 所述压敏陶瓷材料配方W摩尔份数计，各组分含量如下： 主成分：氧化锋化0 IOOmol份 第一副成分：氧化饿Bi2〇3,〇. 7 mol份H氧化二钻C〇2〇3,〇. 8 mol份二氧化猛Mn〇2， 0. 5 mol份H氧化二铅化2〇3 0.日mol份和氧化媒NiO 0. 8mol份， 第二副成分；H氧化二键訊2〇3 1. 0 mol份； 第H副成分：H氧化二纪Y203 0. 08 mol份H氧化二钢1叫〇3 0. 9 mol份； 第四副成分：氧化铅Al2〇3 0. OOSmol份。
[0032] 制备方法同实施例I。
[0033] 从表1可看出上述实施所获取的压敏陶瓷材料经电气性能测试数据，实施例3， 108(TC烧结的陶瓷样品的小电流特性为： 电位梯度为495V/mm，泄漏电流都在0. 7 U A，非线性指数为42 ; 大电流特性；脉冲冲击失效率为2/10。
[0034] 实施例4 : 所述压敏陶瓷材料配方W摩尔份数计，各组分含量如下： 主成分：氧化锋化0 IOOmol份 第一副成分：氧化饿Bi2〇3,〇. 7 mol份H氧化二钻C〇2〇3,〇. 8 mol份二氧化猛Mn〇2， 0. 5 mol份H氧化二铅化2〇3 0.日mol份和氧化媒NiO 0. 8mol份， 第二副成分；H氧化二键訊2〇3 1. 0 mol份； 第H副成分：H氧化二纪Y203 0. 08 mol份、H氧化二钢1叫〇3 0. 5 mol份； 第四副成分：氧化铅Al2〇3 0. OOSmol份。
[0035] 制备方法同实施例1 和实施例1比较，所不同的就是添加第H副成分为：第H副成分：H氧化二纪Ys化 0. 08 mol份H氧化二钢1叫〇3 0. 5 mol份；同时陶瓷材料的烧结温度为105(TC。
[0036] 从表1可看出上述实施所获取的压敏陶瓷材料经电气性能测试数据，实施例4， 105(TC烧结的陶瓷样品的小电流特性为： 电位梯度为480V/mm，泄漏电流都在1. 2 y A，非线性指数为40 ;大电流特性；脉冲冲击 失效率为2/10。
[0037] 实施例5 : 压敏陶瓷材料配比和制造方法基本和实施例4相同，所不同的就是陶瓷材料的烧结温 度为 108(TC。
[0038] 从表1可看出上述实施所获取的压敏陶瓷材料经电气性能测试数据，实施例5， 108(TC烧结的陶瓷样品的小电流特性为： 电位梯度为460V/mm，泄漏电流都在0. 7 y A，非线性指数为52 ;大电流特性；脉冲冲击 失效率为0/10。
[003引 实施例6 : 压敏陶瓷材料配比和制造方法基本和实施例4相同，所不同的就是陶瓷材料的烧结温 度为 Iiocrc。
[0040] 从表1可看出上述实施所获取的压敏陶瓷材料经电气性能测试数据，实施例6， 112(TC烧结的陶瓷样品的小电流特性为： 电位梯度为469V/mm，泄漏电流都在0. 7 y A，非线性指数为49 ; 大电流特性；脉冲冲击失效率为1/10。
[00川 实施例7; 压敏陶瓷材料配比和制造方法基本和实施例4相同，所不同的就是陶瓷材料的烧结温 度为 115(TC。
[0042] 从表1可看出上述实施所获取的压敏陶瓷材料经电气性能测试数据，实施例7， 115(TC烧结的陶瓷样品的小电流特性为： 电位梯度为420V/mm，泄漏电流都在I. 5 y A,非线性指数为45 ;大电流特性；脉冲冲击 失效率为2/10。
[0043] 表1为各实施例制备压敏陶瓷片的电气性能参数 表1