Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Apr 2010)
Solid state compatibility in the ZnO-rich region of ZnO-Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub> and ZnO-Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Sb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> systems
Abstract
The obtaining of ZnO-Bi2O3-Sb2O3 (ZBS) based varistor thick films with high non-linear properties is constrained by the bismuth loss by vaporization that takes place during the sintering step of these ceramics, a process which is yet more critical in the thick film geometry due to its inherent high are/volume ratio. This volatilization can be controlled to a certain extent by modifying the proportions of the Bi and/or Sb precursors. Obviously this requires a clear knowledge of the different solid state compatibilities in the mentioned ZBS system. In this sense a detailed study of the thermal evolution of the ZnO-Bi2O3-Sb2O3 and ZnO-Bi2O3-Sb2O5 systems in the ZnO-rich region of interest for varistors, is presented in this contribution. A different behaviour is observed when using Sb2O3 or Sb2O5 as starting precursor, which should be attributed to the oxidation process experimented by Sb2O3 compound during the heating. On the other hand the use of high amounts of Bi in the starting formulation leads to the formation of a liquid phase at lower temperatures, which would allow the use of lower sintering temperatures.La obtención de varistors en lámina gruesa basados en ZnO-Bi2O3-Sb2O3 (ZBS) y con propiedades altamente no-lineales está limitada por la perdida de bismuto por volatilización durante la sinterización de estos cerámicos, un proceso que es todavía más crítico en la geometría de lámina gruesa debido a su elevada relación área/volumen inherente. Dicha volatilización puede ser no obstante controlada hasta cierta extensión modificando las proporciones de los precursores de Bi y/o Sb. Obviamente ello conlleva un amplio conocimiento de las diferentes compatibilidades en estado sólido en el mencionado sistema ZBS. En este sentido, en la presente contribución se presenta un estudio detallado de la evolución térmica de los sistemas ZnO-Bi2O3-Sb2O3 y ZnO-Bi2O3-Sb2O5 en la región rica en ZnO de interés para varistores. Como resultado se ha observado un comportamiento diferente al usar Sb2O3 o Sb2O5 como precursor de partida, lo cual debe atribuirse al proceso de oxidación experimentado por el compuesto Sb2O3 durante el calentamiento. Por otra parte, utilizando altas concentraciones de bismuto en la formulación de partida se llega a la formación de una fase líquida a temperaturas inferiores, lo que permitiría el empleo de temperaturas de sinterización más bajas.
