一种氧化锌变阻器的制法，与氧化锌变阻器公知制法的差异，在于将制备充分半导化的掺杂氧化锌晶粒，与制备高阻抗的烧结粉，分为二个独立工序来制备，其制法包括：先预制充分半导化的掺杂氧化锌晶粒，然后再与预制的晶间相组分混合，最后通过烧结过程所制得的氧化锌变阻器，具有同时提高氧化锌变阻器电位梯度及非线性系数的特点，适用于制造电位梯度介于1200～9000V/mm、非线性系数α介于21.5～55的氧化锌变阻器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种氧化锌变阻器的制法，尤指一种使氧化锌变阻器同时提高电位梯度及非线性系数的制法。
技术介绍
氧化锌变阻器具有优异的非奥姆特性，是最佳的过电压保护装置，应用于电力或电路系统中作为保护组件的瞬态电压抑制器使用，可以发挥防止瞬间突波及保护组件的效^ ο然而，随着世界各国对电力系统迈向超高压输电系统的规划，氧化锌变阻器必须具备高电位梯度(potential gradient)及高能量吸收特性，已成为重要的发展趋势。众所周知，氧化锌变阻器的电位梯度与单位厚度中的氧化锌晶界数量有关，亦即单位厚度中氧化锌晶粒越小，则晶界数越多，其电位梯度也越大。经典理论认为，氧化锌晶界的击穿电压约为3V/1晶界。而且，氧化锌变阻器的非奥姆特性，是缘于两个氧化锌晶粒之间所形成的双肖特基势垒，提高势垒的高度，即可提高氧化锌变阻器的非线性系数和氧化锌晶界的击穿电压。但，使用传统配方与工艺所制备的氧化锌变阻器，其电位梯度仅为180 一200V/mm，能量耐受密度为100—140J/cm3，不适合应用于超高压输电系统的线路上。因此，为了研制具高电位梯度的氧化锌变阻器，现有技术所使用的方法，可以归纳以下二个方面—、在氧化锌晶体的掺杂离子中，添加稀土类氧化物成分，结果所制得的氧化锌变阻器的电位梯度提高至400V/mm ；二、改进氧化锌陶瓷粉的制备工艺或是引入新工艺，例如，引入高能球磨工艺或纳米制粉工艺，结果所制得的氧化锌变阻器的电位梯度提高至2，000V/mm。但，上述对氧化锌变阻器提高电位梯度的现有技术，却出现氧化锌变阻器的电位梯度一旦提高，而其非线性系数却下降的缺点。这对氧化锌变阻器的性能，尤其是对氧化锌变阻器的限压效果影响很大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种氧化锌变阻器的制法，包括先预制充分半导化的掺杂氧化锌晶粒，然后再与预制的晶间相组分混合，最后通过烧结过程所制得的氧化锌变阻器，具有同时提高氧化锌变阻器电位梯度及非线性系数的特点。本专利技术的制法，与氧化锌变阻器公知制法的差异，主要在于将制备充分半导化的掺杂氧化锌晶粒，与制备高阻抗的烧结粉或玻璃粉(又称晶间相组分)，分为二个独立工序来制备，且获致下列意想不到的优点，而突破了氧化锌变阻器公知制法的限制，故所制得的氧化锌变阻器兼具高电位梯度与高非线性系数1.提高氧化锌晶粒之间的肖特基势垒高度；2.增加单位厚度中的氧化锌晶粒之间的晶界数；3.提高组分与结构的均勻性。附图说明图1为实施例4试样编号No 3-nm ZnO*晶粒的X光绕射图谱。图2为实施例4试样编号No 4-nm ZnO*晶粒的X光绕射图谱。图3为实施例4试样编号No 3-nm圆片型氧化锌变阻器的I_V图。图4为实施例4试样编号No 4-nm圆片型氧化锌变阻器的I_V图。图5为实施例8以未掺杂离子的ZnO晶粒制成圆片型氧化锌变阻器的电子扫描剖面图照片。图6为实施例8以掺杂离子的SiCf晶粒制成圆片型氧化锌变阻器的电子扫描剖面图照片。具体实施例方式本专利技术的氧化锌变阻器制法，适用于制造具有超高电位梯度及非线性系数的氧化锌变阻器，优选用途是用于制造电位梯度介于1200—9000V/mm、非线性系数α介于 21.5—55及漏电流l·介于1 一21μΑ的氧化锌变阻器；最佳用途是用于制造电位梯度超过 2000V/mm的氧化锌变阻器。本专利技术的氧化锌变阻器制法，包括以下步骤a)根据氧化锌变阻器的电位梯度介于12OO09OOOV/mm，预制掺杂不等价离子的氧化锌晶粒；b)根据氧化锌变阻器的电位梯度介于12OO09OOOV/mm，预制高阻抗的烧结粉 (或玻璃粉)；c)以步骤a)的氧化锌晶粒与步骤b)的烧结粉为原料，制备氧化锌变阻器用的陶瓷粉；及d)使用步骤C)的陶瓷粉，制备电位梯度介于12OO09OOOV/mm、非线性系数α 介于21.5一55的氧化锌变阻器。在本专利技术制法中的步骤a)，是使氧化锌晶粒透过不等价离子的掺杂(S卩，置换Si2+ 离子或填隙)，在烧结过程可抑制氧化锌晶体生长，而达到充分半导化。根据结晶学原理，氧化锌晶粒掺杂的不等价离子，得选自由锂(Li)、铜(Cu)、铝 (Al)、铈(Ce)、钴(Co)、铬(Cr)、铟(In)、镓(Ga)、钼(Mo)、锰(Mn)、铌(Nb)、镧(La)、钇(y)、 镨(ft·)、锑(Sb)、镍(Ni)、钛(Ti)、钒(ν)、钨(W)、锆(Zr)、铁(Fe)、硼(B)、硅(Si)及锡 (Sn)所组成的群体的其中一种或一种以上；而不等价离子的掺杂量得依实际情况而定，其掺杂量小于氧化锌的20mol %。制备氧化锌晶粒掺杂不等价离子的方法，包括以下二种1.方法一根据氧化锌变阻器的指定性能，选用拟掺杂离子的可溶盐，配制成一定浓度的水溶液，将氧化锌粉末加入到上述溶液中经搅拌、烘干后，再经95001550°C煅烧，最后将烧结料经破碎及磨细至所需细度待用。2.方法二 根据氧化锌变阻器的指定性能，采用制备微粉的物理法或化学法纳米技术，制备含有拟掺杂离子的氧化锌晶粒。其中，所述物理法包括气相沉积法、激光法、微波法等；所述化学法包括沉淀法、微乳法、水热法、相转移法和溶胶-凝胶法等。如应用化学沉淀法，将含有锌离子的溶液与含有掺杂离子的溶液混合经搅拌制成含有锌离子与掺杂离子的均勻混合溶液；在搅拌条件下，采用正向或逆向加入法，将沉淀剂溶液加入上述混合溶液，经控制合适的PH值后，取得共沉淀物。对共沉淀物经过多次清洗， 经烘干后，在合适的温度下煅烧，即可获得含有掺杂离子的氧化锌晶粒。所述的沉淀剂可选自草酸、尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、氨水、乙醇胺或其它碱性溶液。煅烧温度视共沉淀物的分解温度而定。如应用溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)，是将锌离子均勻分散于含拟掺杂离子的无机盐或金属醇盐溶胶中，经过进行水解、聚缩反应形成溶胶后，再经固化及热处理制得掺杂不等价离子的氧化锌晶粒。上述两种纳米制备技术，可以获得将掺杂离子成分散布非常均勻的细小粒径氧化锌晶粒，而且热处理温度较低，介于35O0lOOO°C，且便于大量生产。本专利技术制法中的步骤a)与步骤b)是独立的不同工序。在本专利技术制法中的步骤 b)，是根据氧化锌变阻器的性能而配制不同成份的烧结粉(或称晶间相组分)。制备高阻抗的烧结粉的方法，包括以下二种1.方法一根据氧化锌变阻器的指定性能，得选自含铋(Bi)、锑(Sb)、锰(Mn)、钴(Co)、铬 (Cr)、镍(Ni)、钛(Ti)、硅(Si)、钡(Ba)、硼(B)、硒(Se)、镧(La)、镨(Pr)、钇(Y)、铟(In)、 铝(Al)或锡(Sn)的其中一种或一种以上的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐或草酸盐为原料，经充分混合后配制不同成份的烧结料原料，经过烧结再磨细至所需细度，即制成具有高阻抗性能的烧结粉；或是将原料混合后，经高温熔解、水淬、烘干，再磨细成烧结粉。例如，所述烧结料是氧化物原料，得选自氧化铋(Bi203)、氧化硼(B203)、三氧化二锑(SId2O3)、氧化钴(Co2O3)、二氧化锰(MnO2)、氧化铬(Cr2O3)、五氧化二钒(V2O3)、氧化锌 (ZnO)、氧化镍(NiO)、二氧化硅(SiO2)或稀土氧化物等其中两种以上的混合物。其中，所述烧结料视需要加入氧化锌(SiO)成份的目的，在于提升晶间相的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱颉安，连清宏，
申请(专利权)人：朱颉安，连清宏，
类型：发明
国别省市：
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