Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 6/2018(9))

Варисторы (нелинейные резисторы) обладают способностью рассеивать энергию пиковых всплесков электронапряжения и используются в полупроводниковой электронике для защиты приборов от коммутационных и грозовых перенапряжений. Варистор под рабочим напряжением имеет высокое сопротивление, и через него протекает ток утечки 1ут порядка десятых долей миллиампера. При превышении определенной величины напряжения, называемой напряжением пробоя Ub, варистор резко снижает сопротивление и шунтирует прибор. При этом через варистор кратковременно протекает импульс тока, который может достигать десятков тысяч ампер, а на вольт-амперной характеристике варистора происходит перегиб, степень которого характеризуется коэффициентом нелинейности а и определяется равенством I = KV1. Выпускаемые в промышленном масштабе варисторы имеют напряжение пробоя Ub = 0,2-0,5 кВ мм -1[1]. Для высоковольтных линий электропередач, а также для защиты миниатюрных электронных устройств необходимы варисторы с напряжением пробоя > 3 кВ мм -1. При этом плотность тока утечки должна быть как можно ниже (< 1 мкА/см2) [2]. Варисторы производят из керамики на основе ZnO с добавками оксидов легирующих элементов: В1, Со, Si, Sb, Мп, A1, Cr, Ni. Процесс получения варисторной керамики состоит из синтеза керамического порошка, прессования его в диски и спекание их при 900-1200оС. Важнейшими факторами получения высококачественной варисторной керамики является гомогенность и дисперсность керамического порошка, температура и продолжительность спекания. Производство высоковольтной керамики возможно только при использовании наноразмерного керамического порошка [3]. В настоящее время возрастающее внимание уделяется синтезу наноразмерных варисторных порошков методом сжигания [4, 5]. При этом образование оксидов является результатом самораспространяющейся экзотермической восстановительно-окислительной реакции между нитратами цинка и легирующих элементов (окислители) и топливом (восстановитель). Нами проведены исследования по получению методом сжигания варисторной керамики в системе Zn 0 -Bi 2 0 3 -Sb 2 0 3 -Al 2 0 3 -Co 3 0 4 с содержанием ZnO 90 мас.% (К-90) с массовым соотношением оксидных добавок Bi 2 0 3 :Sb 2 0 3 :Ah 0 3 :Co 3 0 4 = 1,0:0,7:1,2:0,72. Для достижения гомогенного распределения компонентов в порошке исходные компоненты в стехиометрических количествах в виде гидратированных нитратов соответствующих металлов, раствора Sb 2 0 3 в винной кислоте и сахар растворяли в воде при 60 оС с использованием магнитной мешалки с образованием прозрачного концентрированного раствора. Полученный раствор в стеклянном стакане помещали в предварительно нагретую до 500 оС муфельную печь и после 10 мин выдержки извлекали для охлаждения на воздухе. Продукт сжигания измельчали в агатовой ступке и прокаливали при 700 оС в течение 1 ч. Количество исходных веществ вычисляли из расчета получения 5 г керамического порошка, объем воды для растворения составлял 5 мл, расход сахара — 2 г. Установлено, что полное растворение достигается за 54 мин. С целью сокращения времени растворения в исходную смесь добавляли винную кислоту в твердофазном виде в количестве 0,05-0,15 г. Из рисунка следует, что добавка винной кислоты способствует уменьшению времени полного растворения т и увеличению удельной поверхности <S^ керамического порошка. Оптимальная добавка равна 0.125 г, при этом т составляет 26 мин и <S^ = 39 м2/г. Вычисленный средний размер кристаллитов керамического порошка равен 27 нм. 77