国外高能压敏电阻及其应用

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1、电源在线网-中国领先的电源行业商务平台国外高能压敏电阻及其应用摘要；本文介绍了国外高能压敏电阻的水平，以及在电磁起重机、电流互感器、大型发电机、超导磁体、断路器、串联电容补偿、大电流熔丝、直击雷防护等方面的应用情况。关键词：高能量氧化锌压敏电阻应用国外概况［中图分类号］TN304.93［文献标识码］A文章编号：1561-0349（2011）12-1引言在国外，高能压敏电阻最先用于电磁起重机和电流互感器。后来用于发电机灭磁和转子过电压保护，提高了大型发电机励磁系统可靠性。还将其用在超导磁体移能，断路器遮断，串联电

2、容补偿。用于大电流熔丝，能够控制电弧电压发展。用在直击雷防护I类浪涌保护器（SPD），比传统SPD压敏电阻具有更高的承受能力。2提高高能压敏电阻能量容量国外于上世纪70年代末开发出来的高能压敏电阻，其特点是吸收能量容量大，制造方法与普通氧化锌（ZnO）压敏电阻的制造方法基本一致，由主原料氧化锌加入一些金属氧化物添加剂，经陶瓷工艺制作而成的多晶半导体陶瓷。它与普通氧化锌压敏电阻不同，是因它在制作上又做了进一步改进，使其能量容量大大提高。提高高能压敏电阻能量容量的途径有：增大氧化锌晶粒尺寸，改善整个电阻片的均匀性，

3、控制电极边缘的范围[1～8，14]。2.1增大氧化锌晶粒尺寸从微观结构来看，高能压敏电阻的微观结构同普通压敏电阻片一样，由氧化锌晶粒、晶界层和尖晶石三相构成。由于氧化锌晶粒的电阻率为(1～10)Ω·cm，晶界层的电阻率为(1012～1013)Ω·cm，所以，施加在高能压敏电阻上的电压基本上是加在晶界层上，而晶界层的放热特性是依赖与其接触的21电源在线网-中国领先的电源行业商务平台氧化锌晶粒的热容量、热导率、放热特性等，因此，高能压敏电阻的能量容量近似由氧化锌晶粒的热容量决定。显然晶粒越大，高能压敏电阻的能量容量

4、也越大。增大氧化锌晶粒的途径：（1）选用二氧化钛代替三氧化二锑调整配方，采用二氧化钛（TiO2）取代抑制晶粒生长的三氧化二锑（Sb2O3），在烧结中增加氧化锌液相中的溶解度，有利于氧化锌晶粒的长大，可制出压敏电压小于100V/mm的高能压敏电压，比避雷器用氧化锌压敏电阻片压敏电压降低(1/2～1/3)。（2）籽晶（SG）法该方法是将60μm～100μm的籽晶加入到和添加物的混合坯料中，然后加压成型，进行烧结。晶粒优先以籽晶为晶核生长，从而得到200μm～500μm的氧化锌晶粒，其压敏电压为15V/mm～6V/m

5、m。籽晶的制备方法是：将氧化锌（ZnO）和0.5mol%的碳酸钡（BaCO3），在滚磨机中滚磨2h，然后在800℃煅烧2h，煅烧后的粉末再滚磨12h，然后压制成φ14mm×3mm的圆片，于1400℃烧结10h，将烧结体放入开水中煮数小时，经筛选便可得到细颗粒的籽晶。因为在烧结中，碳酸钡（BaCO3）分解成氧化钡（BaO），Ba2+的离子半径（0.143nm）比Zn2+的离子半径（0.075nm）大得多，BaO偏析在晶界上，而且BaO是水溶性氧化物，因此在开水中煮成细颗粒。为了控制压敏电阻的晶粒尺寸和均匀性，应选

6、用60μm~100μm的籽晶。图1示出在含Ti系和含Sb系的坯料中，添加少量的籽晶可使非线性系数α显著地降低，籽晶添加量在（10～80）Wt%范围时，α值变化不大（24左右）。当籽晶含量为80Wt%以上时，α急剧地降至很小的数值。当籽晶添加量为10Wt%时，压敏电压为6V/mm。在含Sb系坯料中，籽晶添加量为（15～20）Wt%时，其U1mA/mm约为20V/mm。21电源在线网-中国领先的电源行业商务平台图1籽晶含量与压敏电压和非线性指数的关系（a）含Ti系；（b）含Sb系（3）提高烧结温度或延长保温时间提高

7、烧结温度或延长保温时间，可以使晶粒长大，使压敏电压U1mA/mm降低，达到提高能量容量的目的。但是Bi2O3容易挥发而使非线性变坏。2.2改善电阻片的均匀性高能压敏电阻吸收能量与其体积成正比。要满足一定吸收能量的要求，高能压敏电阻就必然要有比较大的直径。制造大直径压敏电阻片的关键是提高压敏电阻压敏电压U1mA分布的均匀性。由于压敏电阻的电气性能具有高的非线性，微小的电压分布不均匀，会造成电流局部集中，容易导致热击穿。改善电阻片均匀性的途径：（1）各组分混合充分均匀主要从混合、造粒、成型、烧结工艺着手。要使添加剂

8、混合均匀，原料不仅应粒度细、分散性好，而且要把握造粒料的颗粒形状、粒径和粒度分布及成型性能。在烧结时，温度的分布与周围的气氛也很重要。例如，用细颗粒的胶体氧化锌（0.06μm～0.15μm）代替粉末氧化锌；用水溶性三氯化铬代替不溶于水的三氧化二铬，用水溶性的硝酸铝代替不溶于水的三氧化二铝，这些都可提高组分分布的均匀性。按严格工艺控制做出的高能压敏电阻片，在80%面积上的1mA压敏电压分