Effect of Cr203 on the microstructure and non-ohmic properties of (Co, Sb)-doped SnO2 varistors
J.A Aguilar-Martíneza*, M.I. Pech-Canulb, M.B. Hernándezc, A.B. Glotd, E. Rodríguezc, and L. García Ortizc
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
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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.
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