Incorporación de la fase Zn₇Sb₂O₁₂ previamente sintetizada en varistores cerámicos basados en ZnO

Abstract

Una de las reacciones que tiene lugar durante la sinterización de varistores cerámicos basados en el sistema ZnO-Bi 2 O 3 -Sb 2 O 3 es la formación de la fase Zn 7 Sb 2 O 12 , de estructura tipo espinela, que ocurre en el intervalo de temperaturas comprendido entre 900 y 1100ºC, dependiendo de la composición específica del material. Esta fase es la responsable del control del crecimiento de grano y su distribución en el seno del material como una segunda fase dispersa en la matriz mayoritaria de granos de ZnO determinará la cinética del crecimiento de los granos. Sin embargo, el proceso de nucleación y crecimiento de esta fase resulta difícil de controlar cuantitativamente, aspecto que se refleja en las características finales del dispositivo varistor obtenido. En el presente trabajo se analiza el efecto de la incorporación de la fase espinela previamente sintetizada a partir de los óxidos de zinc y antimonio. El análisis mediante Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) de la microestructura de muestras sinterizadas a diferentes temperaturas, revela un mayor control microestructural en los materiales en los que se ha incorporado la espinela sintetizada. La respuesta Intensidad-Voltaje de estos materiales es coherente con las característi-cas microestructurales obtenidas, observándose una mayor reproducibilidad en el material. Palabras clave: varistor, microestructura, espinela, bordes de grano. Incorporation of Zn 7 Sb 2 O 12 spinel phase previously synthesized on ZnO ceramic varistors.During the sintering process of ZnO-Bi 2 O 3 -Sb 2 O 3 based varistors, different reactions take place. The formation of the Zn 7 Sb 2 O 12 spinel phase occurs between 900 and 1100ºC depending on the composition of the material. The spinel phase acts as ZnO grain growth inhibitor and its distribution on the whole material as a secondary phase in the matrix of ZnO grains determines the kinetics of grain growth. However, it is difficult to control the nucleation and growth of this phase, and this concerns on the final grain size and consequently on the characteristics of the varistor device. The present study has focused on the incorporation of the previously synthesized spinel phase. Scanning Electronic Microscopy analysis of sintered samples reveals a better control of microstructure in those materials with the synthesized spinel phase. The electrical behaviour of these materials agrees with the microstructural features and a greater reproducibility is observed. Key words: varistor, microstructure, spinel, grain boundary INTRODUCCIONLos varistores cerámicos basados en óxido de zinc son sistemas multicomponente caracterizados por un comportamiento eléctrico intensidad-voltaje no lineal, que se emplean como dispositivos protectores frente a sobretensiones transitorias y estabilizadores de voltaje en circuitos electrónicos (1,2,3). El material está constituido principalmente por ZnO con pequeñas cantidades de dopantes tales como Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 , CoO, MnO 2 y Cr 2 O 3 . El comportamiento no óhmico de un varistor es función de su...

Varistores cerámicos basados en óxido de cinc

“…De acuerdo con esto la producción de dispositivos con un voltaje de corte específico se reduce a la obtención de unidades con el número apropiado de granos entre los electrodos, algo que se puede alcanzar bien modificando el espesor del dispositivo, o bien, manteniendo constante dicho espesor, a través de la microestructura del cuerpo cerámico, es decir, a través del tamaño de grano del ZnO. En este sentido, el control del tamaño de grano durante la etapa de sinterización se convierte en un importante parámetro de procesamiento en la fabricación de varistores (50,51). Concretamente en sistemas basados en ZnO dopado con Bi 2 O 3 dicha sinterización está marcada por la aparición de un líquido eutéctico hacia 740ºC (38,52).…”