由强化机械研磨获得的纳晶态粉末制备的变阻器制造技术

本发明专利技术涉及基于氧化锌的新型变阻器及其制备方法，其中包括使用通过高能机械研磨获得的纳晶态粉末作为原料，并使由所述纳晶态粉末获得的混合物经受在适当选择的温度和时间条件下进行的如烧结之类固结处理，以使ＺｎＯ粒径保持尽可能的小。所得到的变阻器具有很细的均一微观结构，且其特征性平均粒径不超过３μｍ，即为常规材料的１／５。所述新型变阻器在单位长度上具有更大的颗粒边界数，因而具有高得多的击穿电压。所述击穿电压一般高于１０ＫＶ／ｃｍ，并可达到１７ＫＶ／ｃｍ，这几乎比常规变阻器的击穿电压高一个数量级。其电流－电压曲线的非线性系数也得到提高，其数值大于２０，并可高达６０。再有，所述变阻器在击穿电压之下的漏电流得到降低。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用通过强化机械研磨获得的纳晶态(nanocrystalline)粉末制备变阻器的新方法。本专利技术还涉及如此制备的变阻器，它与现有类似产品的区别尤其是在于它们具有很高的击穿电压。使用含有氧化锌的变阻器来防止电器设备过电压在许多年前就已属于公知内容。变阻器是有源元件，其阻抗随其端部施加的电压而呈非线性方式变化。这些元件通常呈直径为3至100mm、厚度为1至30mm的圆片状。它们基本上是由氧化锌(ZnO)导体颗粒制备的材料所组成，所述氧化锌被由氧化铋(Bi2O3)制成的绝缘颗粒界面包围。在压制后，所述圆片在加热炉中经受1000至1500℃温度数小时的烧结。在低压下，在颗粒边界的绝缘阻挡层防止电流流动。因而，所述物质起绝缘体作用。当电压超过称为“击穿电压”的给定数值时，边界的电阻迅速下降，从而使得所述物质的电阻可变或成为“变阻器”。这时所述物质变为很好的导体，电流转向接地，而不损坏电器设备。由于其结构，变阻器主要用于电力输送和分配网的放电器。目前市场上可得到的放电器通常包括呈圆柱管形的绝缘封套。这一封套界定了一空腔，其中设置一或多个上下叠置的变阻器柱。各放电器与所要防本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有很高击穿电压的变阻器的制备方法，其中包括： （ａ）使氧化锌（ＺｎＯ）和氧化铋（Ｂｉ↓［２］Ｏ↓［３］）粉末在存在或不存在至少一种能够影响变阻器性能的其它添加剂粉末的情况下进行混合，所述混合使用以使得氧化锌占所述混合物的至少７５ｍｏｌ％的方式选择的粉末数量进行； （ｂ）在所述粉末混合之前、混合过程中或在混合之后，通过高能机械研磨机对所述粉末进行强化研磨，使得所获得的粉末呈纳晶态；和 （ｃ）在以保持氧化锌粒径尽可能低的方式选择的时间和温度条件下使如此研磨过的混合物经受固结处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】CA 1997-8-13 2,211,8131.具有很高击穿电压的变阻器的制备方法，其中包括(a)使氧化锌(ZnO)和氧化铋(Bi2O3)粉末在存在或不存在至少一种能够影响变阻器性能的其它添加剂粉末的情况下进行混合，所述混合使用以使得氧化锌占所述混合物的至少75mol％的方式选择的粉末数量进行；(b)在所述粉末混合之前、混合过程中或在混合之后，通过高能机械研磨机对所述粉末进行强化研磨，使得所获得的粉末呈纳晶态；和(c)在以保持氧化锌粒径尽可能低的方式选择的时间和温度条件下使如此研磨过的混合物经受固结处理。2.权利要求1的方法，其特征在于在粉末混合步骤(a)之后进行强化研磨步骤(b)。3.权利要求2的方法，其特征在于在混合步骤(a)之前，用作起始物质的氧化锌粉末单独或与一或多种掺杂剂组合进行研磨，且氧化铋粉末与所有其它添加剂混合，然后将如此获得的氧化铋与其它添加剂的混合物研磨并在高温下加工。4.权利要求1、2或3的方法，其特征在于(d)在进行步骤(c)之前，将粉末或其混合物在等于或低于550℃的温度下焙烧。5.权利要求4的方法，其特征在于(e)在焙烧步骤(d)之后且在进行步骤(c)之前，将粘合剂引入到研磨过的粉末混合物中，且将其中引入了粘合剂的混合物压制以形成圆片，然后将所述圆片进行步骤(c)的处理。6.权利要求5的方法，其特征在于所述粘合剂是聚乙烯醇，这种醇通过机械研磨机引入到粉末混合物中。7.权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于所述步骤(c)的固结处理选自烧结、压制、层压、挤出、拔丝、喷注与灌注，并且包括加热或在该步骤之后进行加热。8.权利要求7的方法，其特征在于所述加热方式选自对流加热、感应加热、微波加热、激光加热和放电加热。9.权利要求8的方法，其特征在于所述加热进行一或数个短的时间段。10.权利要求1至9中任一项的方法，其特征在于所述烧结步骤(c)在低于1200℃的温度下进行等于或少于2.5小时。11.权利要求10的方法，其特征在于所述烧结在约1000℃的温度下进行。12.权利要求10或11的方法，其特征在于所述烧结进行的时间等于或少于1.5小时。13.权利要求10至12中任一项的方法，其特征在于加热速率为约1℃/分钟。14.权利要求1至12中任一项的方法，其特征在于在步骤(a)或在该步骤之前ZnO与Bi2O3粉末与至少一种能够影响变阻器性能的其它添加剂粉末混合，该添加剂选自氧化物、碳化物、氮化物、硝酸盐和氢化物，所述添加剂能够掺杂变阻器、改变其电流-电压曲线的特性、改变相电阻率、减少漏电流、增加其消散能量的能力、控制其孔隙率、减慢颗粒生长、增加其结构完整性、改变相熔点并增加其化学、电、机械和热稳定性。15.权利要求14的方法，其特征在于所述添加剂选自元素Si，Sb，Mn，Ge，Sn，Pb，Nb，B，Al，Ti，Ta，Fe，S，F，Li，Ni，Cr，Mo，W，Be，Br，Ba，Co，Pr，U，As，Ag，Mg，V，Cu，C，Zr，Se，Te和Ga的氧化物、碳化物、氮化物、硝酸盐和氢化物。16.权利要求15的方法，其特征在于所述添加剂选自氧化锑(Sb2O3)、氧化锰(MnO2)、三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：R舒尔茨，S伯伊利，A乔利，A范耐斯特，H阿拉穆达里，
申请(专利权)人：海德罗魁北克公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]