[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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果。

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，其电位梯度仅为能量耐受密度为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：

一、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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。

本发明的制法，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匀性。

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ZnO^*晶粒制成圆片型氧化锌变阻器的电子扫描剖面图照片。

具体实施方式

本发明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非线性系数α介于及漏电流I_L介于的氧化锌变阻器；最佳用途是用于制造电位梯度超过2000V/mm的氧化锌变阻器。

本发明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，制备电位梯度介于非线性系数α介于的氧化锌变阻器。

在本发明制法中的步骤a)，是使氧化锌晶粒透过不等价离子的掺杂(即，置换Zn²⁺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。