Investigación

 

Effect of Cr₂0₃ on the microstructure and non-ohmic properties of (Co, Sb)-doped SnO₂ varistors

 

J.A Aguilar-Martínez^a*, M.I. Pech-Canul^b, M.B. Hernández^c, A.B. Glot^d, E. Rodríguez^c, and L. García Ortiz^c

 

^a Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. (CIMAV), Alianza Norte No. 202, Parque de Investigación e Innovación Tecnológica (PIIT), Nueva carr. Aeropuerto km. 10 Apodaca 66600 N.L. México, *e-mail: josue.aguilar@cimav.edu.mx; jaguilarmtz@hotmail.com

^b Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN-Unidad Saltillo, Carr. Saltillo-Monterrey Km. 13, Saltillo, 25900, Coah., México.

^c Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, San Nicolás de los Garza, N.L. México.

^d Div. de Estudios de Posgrado; Universidad Tecnológica de la Mixteca, Carr. Acatlima Km. 2.5, Huajuapan de León, 69000, Oaxaca, México.

 

Recibido el 10 de abril de 2012
Aceptado el 23 de octubre de 2012

 

Abstract

The effect of Cr₂O₃ addition on the physical characteristics, microstructure, and current-voltage properties of (Co-Sb)-doped SnO₂ varistors was investigated. SnO₂-Co₃O₄-Sb₂O₅ ceramics with additions of 0.0, 0.03, 0.05 and 0.07 mol % Cr₂O₃ were sintered at 1350 ^oC under ambient atmosphere and characterized microstructurally and electrically. The characterization by XRD and SEM show that the microstructure remains as a single phase material with multimodal size distribution of SnO₂ grains. The greatest effect of Cr₂O₃additions is manifested in the electric breakdown field. Additions of high levels (0.07 and 0.05 %) of this oxide promote an increase of approximately 55% in this parameter compared to the Cr₂O₃-free sample. Another physical property is affected: the measured density values decreases as the Cr₂O₃ content increases. A change in the nonlinearity coefficient value is produced only at the highest Cr₂O₃ content while at intermediate levels there is not change at all. Consequently, when seeking high nonlinearity coefficients, intermediate levels of Cr₂O₃ are not recommended.

Keywords: Varistor; breakdown voltage; nonlinearity.

 

Resumen

Se investigó el efecto de adición de Cr₂O₃ 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 0.0, 0.03, 0.05 y 0.07 % molar de Cr₂O₃ fueron sinterizados a 1350° C a medio ambiente y caracterizados microestructuralmente y eléctricamente. Los resultados de la caracterización por DRX y MEB muestran que la microestructura del material permanece como una sola fase con una distribución multimodal de tamaño de grano del SnO₂. El mayor efecto de la adición de Cr₂O₃ se manifiesta en el campo eléctrico de ruptura. A altos niveles (0.07 y 0.05%) de adición de éste óxido se promueve un incremento de aproximadamente 55% de este parámetro comparado con el de la muestra libre de Cr₂O₃. Otra propiedad física que es afectada son los valores de la densidad medida ya que disminuye cuando se incrementa el contenido de Cr₂O₃. Un cambio en el valor del coeficiente de no-linealidad se produce solamente en el mayor contenido de Cr₂O₃ mientras que en los niveles intermedios no existe cambio alguno. Por lo tanto, cuando se busquen altos coeficientes de no-linealidad, los niveles intermedios de adición no son recomendables.

Descriptores: Varistores; voltaje de ruptura; no linealidad.

 

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

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Acknowledgments

Authors gratefully acknowledge Ms. Martha E. Rivas Aguilar and Mr. Miguel A. Aguilar Gonzalez for assistance in the microstructure characterization by SEM, and Mr. Sergio Rodriguez Arias for assistance in the X-Ray diffraction characterization. All of these colleagues are with Cinvestav-Saltillo. Roal Torres Sanchez from CIMAV Chihuahua is also acknowledged by the authors by his valuable help in determining grain size of studied samples.

 

Rererences

1. R. Einzinger, Ann. Rev. Mater. Sei. 17 (1987) 299.         [ Links ]

2. L.M. Levinson and H.R. Philipp, IEEE Trans. Parts, Hybrids, and Paekaging 13 (1977) 338.         [ Links ]

3. T. K. Gupta, J. Am. Ceram. Soe. 73 (1990) 1817.         [ Links ]

4. D.R. Clarke, J. Am. Ceram. Soe. 82 (1999) 485.         [ Links ]

5. M. Peiteado, Bol. Soe. Esp. Ceram. V. 44 (2005) 77.         [ Links ]

6. M. Matsuoka, Jpn. J. Appl. Phys. 10 (1971) 736.         [ Links ]

7. L. Kong, L. Zhang and X. Yao,Mater. Lett. 32 (1997) 5.         [ Links ]

8. J. Li, S. Li, F. Liu, M.A. Alim and G. Chen, J. Mater. Sei.: Mater. Eleetr. 14 (2003) 483.         [ Links ]

9. V. Makarov and M. Trontelj, J. Mater. Sei. Lett. 13 (1994) 937.         [ Links ]

10. V.V. Deshpande, M.M. Patil and V. Ravi, Ceram. Int. 32 (2006) 85.         [ Links ]

11. A.B. Glot and A.P. Zlobin, Inorg. Mater. 25 (1989) 274.         [ Links ]

12. Z.M. Jarzebski and J.P. Marton, J. Eleetroehem. Soe. 123 (1976) 199C.         [ Links ]

13. I.T. Weber, E.R. Leite, E. Longo and J.A. Varela, Cerâmica 46 (2000) 156.         [ Links ]

14. P.S. More, Y.B. Khollam, S.B. Deshpande, S.K. Date, R.N. Karekar and R.C. Aiyer, Mater. Lett. 58 (2003) 205.         [ Links ]

15. S.J. Park, K. Hirota and H. Yamamura, Ceram. Int. 10 (1984)116.         [ Links ]

16. J.A. Cerri, E.R. Leite, D. Gouvêa, E. Longo, J.A. Varela, J. Am. Ceram. Soe. 79 (1996) 79.         [ Links ]

17. S.A. Pianaro, PR. Bueno, E. Longo and J.A. Varela, J. Mater. Sci. Lett. 14 (1995) 692.         [ Links ]

18. F.M. Filho, A.Z. Simões, A. Ries, L. Perazolli, E. Longo and J.A. Varela, Ceram. Int. 33 (2007) 187.         [ Links ]

19. S.A. Pianaro, P.R. Bueno, P. Olivi, E. Longo and J.A. Varela, J. Sci. Mater. Elect. 9 (1998) 159.         [ Links ]

20. S.A. Pianaro, P.R. Bueno, E. Longo and J.A. Varela, Ceram. Inter. 25 (1991) 1.         [ Links ]

21. P.R. Bueno, S.A. Pianaro, E.C. Pereira, E. Longo and J.A. Varela, J. Appl. Phys. 84 (1998) 3700.         [ Links ]

22. J.A. Aguilar-Martínez, J. Castillo-Torres, M.I. Pech-Canul, M.B. Hernández, and A.B. Glot, J. Mater. Process. Tech. 209 (2009) 318.         [ Links ]

23. F.M. Filho, A.Z. Simões, A. Ries, L. Perazolli, E. Longo and J.A. Varela, Ceram. Inter. 32 (2006) 283.         [ Links ]

24. Q. Wei, J. He, J. Hu, and Y. Wang, J.Am. Ceram. Soc. 94 (2011) 1999.         [ Links ]

25. S.A. Piannaro, PR. Bueno, E. Longo, and J.A. Varela, Ceram. Inter. 25 (1999) 1.         [ Links ]

26. W.X. Wang, J.F. Wang, H.C. Chen, W.B. Su, and G.Z. Zang, Mater. Sci. Eng. B B99 (2003) 470.         [ Links ]

27. W.K. Bacelar, P.R. Bueno, E.R. Leite, E. Longo and J.A. Varela, J. Eur. Ceram. Soc. 28 (2006) 1221.         [ Links ]