Investigación

 

Effect of CaO on the microstructure and non–ohmic properties of (Co,Sb)–doped SnO₂ varistors

 

J.A. Aguilar–Martínez^a,b,*, A. Durán–Régules^c, A.B. Glot^d, M.B. Hernández^e, M.I. Pech–Canulf^f, and J. Castillo–Torres^g

 

^aCentro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. (CIMAV), Miguel de Cervantes 120, Complejo Industrial Chihuahua, 31109 Chihuahua, Chihuahua, México.

^bInstituto de Minería,

^c Dept. de Ingeniería Industrial,

^d Div. de Estudios de Postgrado,

^eInstituto de Diseño,

^gInstituto de Física y Matemáticas, Universidad Tecnológica de la Mixteca, Carr. Acatlima Km. 2.5, Huajuapan de León, Oaxaca, México 69000.

^fCinvestav Saltillo, Carr. Saltillo–Monterrey Km. 13, Saltillo, Coah., México, 25900.

 

* Corresponding author:
Formerly at Instituto de Minería,
from November 2007,
with Centro de Investigación en Materiales Avanzados,
Tel: + 52 (614) 4–39–11–88,
e–mail: josue.aguilar@cimav.edu.mx

 

Recibido el 29 de junio de 2007
Aceptado el 23 de octubre de 2007

 

Abstract

The effect of CaO through additions of CaCO₃ on the physical characteristics, microstructure, and current–voltage properties of (Co–Sb)–doped SnO2 varistors was investigated. SnO₂–Co₃O₄–Sb₂O₅ ceramics with additions of 0.1, 0.5 and 1 mol % CaO were sintered at 1450°C under oxidizing atmosphere and characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X–ray spectroscopy (EDX), and X–ray diffraction (XRD). Results show that, at low and intermediate CaO levels, density is not significantly influenced, whilst at the highest level, density decreases substantially. The nonlinear coefficient and the breakdown voltage behave similarly in one sense because both present a maximum, and because at the highest CaO level, both response variables show the lowest values. The nonlinear coefficient presents a maximum of 12.9 at 0.1 mol % CaO, while the same maximum for the breakdown voltage occurs at 0.5 mol % CaO. At 1 mol % CaO, the breakdown voltage is 288 Vcm^–1.

Keywords: Varistors; breakdown voltage; nonlinearity.

 

Resumen

Se investigó el efecto del CaO a través de adiciones de CaCO₃ sobre las características físicas, la microestructura y las propiedades corriente–voltaje de varistores de SnO2 dopados con Co y Sb. Los cerámicos SnO₂–Co₃O₄–Sb₂O₅ dopados con 0.1, 0.5 y 1% molar de CaO fueron sinterizados a 1450 °C bajo condiciones oxidantes y caracterizados por microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopía por energía dispersiva de rayos X (EDX) y por difracción de rayos X (DRX). Los resultados muestran que, a niveles bajo e intermedio de CaO, la densidad no se ve afectada significativamente mientras que al nivel más alto, la densidad disminuye sustancialmente. El coeficiente de no linealidad y el voltaje de ruptura se comportan en un sentido de manera similar, porque ambos presentan un máximo y porque al nivel más alto de CaO ambos presentan los valores más bajos. El coeficiente de no linealidad presenta un máximo de 12.9 a 0.1% molar de CaO, mientras que el máximo correspondiente para el voltaje de ruptura ocurre a 0.5% molar de CaO. A 1% molar de CaO, el voltaje de ruptura es de 288 V cm^–1.

Descriptores: Varistores; voltaje de ruptura; no linealidad.

 

PACS: 61.72.Ji; 61.72Mm; 84.32.Ff; 84.37.+q

 

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Acknowledgements

This study was conducted within the framework of project SEP–2003–C02–42821, CONACYT, Mexico. Authors gratefully acknowledge Mr. Miguel A. Aguilar González' assistance in the microstructure characterization by SEM.

 

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