專(zhuān)利名稱(chēng)：非性線(xiàn)電阻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于過(guò)壓保護(hù)器、過(guò)壓吸收器等的非線(xiàn)性電阻，即包含氧化鋅作為主成份并具有非線(xiàn)性電阻特性的非線(xiàn)性電阻。
過(guò)壓保護(hù)裝置如過(guò)壓保護(hù)器，過(guò)壓吸收器等通常用于電力系統(tǒng)，并且非線(xiàn)性電阻常常用于所述的過(guò)壓保護(hù)裝置中。其中，具有非線(xiàn)性阻抗特性的“非線(xiàn)性電阻”在常壓下顯示出絕緣特性，而當(dāng)過(guò)壓施加至該非線(xiàn)性電阻上時(shí)顯示出低的電阻值。因此，通過(guò)所述的非線(xiàn)性電阻能消除疊置在常壓上的過(guò)壓。因而，所述非線(xiàn)性電阻能極為有效地用于電力系統(tǒng)、電器設(shè)備和裝置中。所述非線(xiàn)性電阻具有包含氧化鋅作為主成份的燒結(jié)體，然后通過(guò)加入至少一種作為添加劑的金屬氧化物而進(jìn)行混合、造粒、成形和燒結(jié)，從而獲得非線(xiàn)性電阻特性。另外，將絕緣層形成在各燒體結(jié)的側(cè)面上，并通過(guò)電弧熱噴涂法等將由鋁等組成的電極形成在該燒結(jié)體的上、下表面上。
對(duì)上述非線(xiàn)性電阻設(shè)定了耐放電能量。然后，如果施加至非線(xiàn)性電阻上的放電能量超過(guò)該耐放電能量的話(huà)，該非線(xiàn)性電阻將被機(jī)械破壞或電擊穿。作為當(dāng)所述非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)所造成的非線(xiàn)性電阻破壞的一種形式，它是由于非線(xiàn)性電阻的電極層所致。更具體地說(shuō)，在下列各種情況下，非線(xiàn)性電阻將被破壞。也就是說(shuō)，存在著下列使非線(xiàn)性電阻破壞的情況(1)如果將非線(xiàn)性電阻疊置，由于電極層的表面并不是平坦的，因此放電將在疊置的電極層之間的空隙中產(chǎn)生，由此將使非線(xiàn)性電阻被破壞；
(2)如果在電極層中形成空隙，放電將在該空隙中產(chǎn)生，由此將使非線(xiàn)性電阻被破壞；(3)在非線(xiàn)性電阻中產(chǎn)生部分電流強(qiáng)度，從而使非線(xiàn)性電阻破壞，同樣地，由于電極端部的形狀以及在電極層中形成的空隙將使非線(xiàn)性電阻被破壞。
在上述各種場(chǎng)合下，業(yè)已開(kāi)發(fā)并提出了改善非線(xiàn)性電阻耐放電能量特性的各種工藝。例如，在本發(fā)明申請(qǐng)人的專(zhuān)利申請(qǐng)(KOKOKU)Hei7-44087中披露了，將包含Mg、Ca和Ti之一的鋁用作電極材料的工藝。此外，在專(zhuān)利申請(qǐng)(KOKAI)Hei3-125401中披露了，將電極端部和燒結(jié)體外部邊緣之間的距離的最大值和最小值間的差、即相對(duì)于包含圓盤(pán)形電極絕緣層的燒結(jié)體的壁厚不均度限制在小于1mm的工藝。
近年來(lái)，電力需求正日益明顯地增加，并且輸送系統(tǒng)的電壓相應(yīng)地也穩(wěn)定地在增加。如果輸送系統(tǒng)的電壓增加，那么，施加至非線(xiàn)性電阻上的放電能量將不能對(duì)過(guò)壓增加幫助。因此，需要具有很高耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，業(yè)已研究開(kāi)發(fā)出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有極其優(yōu)異耐放電特性的非線(xiàn)性電阻，所述電阻通過(guò)限制電極形成條件以及電極材料或形狀，在接收放電能量時(shí)能防止由于非線(xiàn)性電阻的電極而被破壞。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，非線(xiàn)性電阻包括一燒結(jié)體，所述燒結(jié)體有一上表面、一下表面和側(cè)面，并且由包括氧化鋅作為主成份的材料所形成；將側(cè)絕緣層形成在該燒結(jié)體的側(cè)面上；再通過(guò)等離子體熱噴涂而將一對(duì)電極分別形成在燒結(jié)體的上、下表面上。
根據(jù)如上所述構(gòu)造的本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻，通過(guò)最優(yōu)化等離子體熱噴涂條件而形成電極，能防止在吸收放電能量時(shí)燒結(jié)體中不均勻的電流分布，因此，可實(shí)現(xiàn)很高的耐放電能量。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，優(yōu)選在氧濃度調(diào)整至低于22％體積的氣氛下，通過(guò)等離子體熱噴涂而形成一對(duì)電極。
在所述的非線(xiàn)性電阻中，由于用于等離子體噴涂形成電極的氧濃度被限制在低于22％體積的氣氛中，因此，熱噴涂電極中的氧含量可限制到很小，可促進(jìn)電極表面的平面化，并減少電極中的空隙。為此，能防止在吸收放電能量時(shí)燒結(jié)體中不均勻的電流分布，并因此獲得耐放電能量。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，通過(guò)輸出功率調(diào)整至低于10kw的等離子體熱噴涂而形成一對(duì)電極。
在所述的非線(xiàn)性電阻中，由于通過(guò)輸出功率為10kw或更低的等離子體熱噴涂而形成電極，因此，能很容易地得到預(yù)定形狀的電極。此外，由于能消除熱噴涂電極膜的殘余應(yīng)力，因此，能增加電極和燒結(jié)體之間的粘結(jié)力，從而防止它們之間的剝離，并獲得很高的耐放電能量。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，電極對(duì)優(yōu)選由鋁、銅、鋅、鎳、和銀或其合金的任一種形成。
在所述的非線(xiàn)性電阻中，由于將鋁、銅、鋅、鎳、和銀或其合金的任一種用作電極材料，因此，能增加電極的導(dǎo)電性以及電極和燒結(jié)體之間的粘結(jié)力，由此獲得了優(yōu)異的耐放電能量。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，優(yōu)選利用金屬粉末形成電極對(duì)，并且所述金屬粉末的平均粒徑調(diào)整在5μm至50μm的范圍內(nèi)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，通過(guò)將電極用金屬粉末的平均粒徑調(diào)整至大于5μm，能防止在等離子體熱噴涂時(shí)粉末的蒸發(fā)。因而，可防止由于蒸發(fā)所造成的缺乏薄膜厚度所致的燒結(jié)體中電流分布的不均勻。此外，通過(guò)將電極用金屬粉末的平均粒徑調(diào)整至低于50μm，可減少等離子體熱噴涂期間未熔融顆粒的數(shù)量。因此，通過(guò)限制疊置于燒結(jié)體上未熔融顆粒的數(shù)量，可減少電極中的空隙，因此，能獲得很高的耐放電能量。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，優(yōu)選的是，燒結(jié)體上、下表面的平均表面粗糙度在3μm至8μm的范圍內(nèi)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，由于在形成電極時(shí)燒結(jié)體表面的平均表面粗糙度大于3μm，因此，能獲得足以保證燒結(jié)體和電極間粘結(jié)力的燒結(jié)體的表面積。此外，由于在形成電極時(shí)燒結(jié)體表面的平均表面粗糙度小于8μm，因此，可防止燒結(jié)體凸形頂端處不均勻的電流分布。因此，可增加非線(xiàn)性電阻的耐放電能量。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，電極對(duì)的孔隙度小于15％。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，由于將電極的孔隙度調(diào)整至低于15％，因此，通過(guò)減少電極中的空隙能防止空隙中產(chǎn)生放電，與此同時(shí)，還能防止由于燒結(jié)體和電極之間界面的間距所致的不均勻的電流分布。因此，可增加非線(xiàn)性電阻的耐放電能量。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，電極對(duì)包含金屬氧化物和金屬，并且包含在電極中的金屬氧化物的重量百分比小于25％。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，由于包含在電極中金屬氧化物的重量百分比小于25％，因此，可減少電極中的空隙。因此，可防止由于電極中的空隙所致的放電，因此，可獲得很高耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，電極對(duì)的平均厚度優(yōu)選在5μm至500μm的范圍內(nèi)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，由于電極的平均厚度調(diào)整在5μm-500μm的范圍內(nèi)，因此可防止電極薄膜厚度的缺乏和粘結(jié)力的不足，另外，還能防止由于電極中殘余應(yīng)力的增加所造成的燒結(jié)體和電極間的剝離。因此，可防止由于缺乏薄膜厚度、粘結(jié)力不足，剝離等所造成的燒結(jié)體中不均勻的電流分布，因此，可獲得很高耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，電極對(duì)的平均表面粗糙度優(yōu)選低于8μm。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，由于電極對(duì)的平均表面粗糙度低于8μm，因此，可減少層壓非線(xiàn)性電阻間的縫隙。因此，當(dāng)施加放電能量時(shí)，可防止電極之間所產(chǎn)生的放電，因此，可獲得很高耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，電極對(duì)的電阻率優(yōu)選低于15μΩ·cm。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，由于電極對(duì)的電阻率低于15μΩ·cm，因此，在燒結(jié)體和電極之間的界面上不會(huì)形成高阻抗區(qū)。因此，可防止非線(xiàn)性電阻中不均勻的電流分布，因此，可獲得很高耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，電極對(duì)具有側(cè)端部分，燒結(jié)體也具有側(cè)端部分，而且電極對(duì)側(cè)端部分和燒結(jié)體側(cè)端部分之間的距離調(diào)整至0.01mm-1.0mm的范圍內(nèi)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，由于電極對(duì)側(cè)端部分和燒結(jié)體側(cè)端部分之間的距離局限在0.01mm-1.0mm的范圍內(nèi)，即限制了電極的形成范圍，因此，能防止電極間產(chǎn)生的放電以及非線(xiàn)性電阻中不均勻的電流分布。因此，在吸收放電能量時(shí)能防止燒結(jié)體中局部的不均勻電流分布，結(jié)果是，可獲得很高耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
在本發(fā)明的非線(xiàn)性電阻中，電極對(duì)有不平整的側(cè)端部分，該部分平行于燒結(jié)體的上、下表面，不壁厚不均度的偏差為±0.5mm。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性電阻中，由于沿主表面電極的不壁厚不均度限制在小于±0.5mm，因此，能防止在吸收放電能量時(shí)燒結(jié)體中局部的不均勻電流分布。結(jié)果是，可獲得很高耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。


圖1是顯示本發(fā)明第一實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻的截面圖；圖2是，當(dāng)形成本發(fā)明第一實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極時(shí)，顯示熱噴涂法和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖3是，當(dāng)形成本發(fā)明第一實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極時(shí)，顯示氣氛中氧濃度和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖4是，當(dāng)形成本發(fā)明第二實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極時(shí)，顯示熱噴涂輸出功率和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖5是，顯示形成本發(fā)明第二實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極材料和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖6是，當(dāng)形成本發(fā)明第二實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極時(shí)，顯示熱噴涂粉末平均粒徑和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖7是，當(dāng)形成本發(fā)明第二實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極時(shí)，顯示燒結(jié)體的平均表面粗糙度和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖8是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻電極的孔隙度和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖9是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻電極中氧化物量和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖10是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻電極的平均薄膜厚度和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖11是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻電極的平均表面粗糙度和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；圖12是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻電極的電阻率和耐放電能量之間關(guān)系的圖表；
圖13是，以放大形式顯示本發(fā)明第四實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分以及耐放電能量的簡(jiǎn)圖；圖14是顯示本發(fā)明第四實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分和燒結(jié)體端部的距離與耐放電能量間關(guān)系的圖表；圖15是顯示本發(fā)明第四實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻電極端部的不壁厚不均度和耐放電能量之間關(guān)系的圖表。
下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明非線(xiàn)性電阻的各種實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)的解釋。
(1)第一實(shí)施方案參考下面的圖1-圖3，對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是顯示第一實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的截面圖。如圖1所示，該非線(xiàn)性電阻有一燒結(jié)體1，該燒結(jié)體由包含氧化鋅作為主成份的材料形成。該燒結(jié)體1有上表面1a，下表面1b，和側(cè)面1c。將絕緣層形成在燒結(jié)體1的側(cè)面1c上，將一對(duì)電極3形成在燒結(jié)體1的上表面1a和下表面1b上。
然后，通過(guò)等離子體熱噴涂形成電極3。該等離子體熱噴涂是在氧濃度調(diào)整至低于22％體積的氣氛中進(jìn)行的。
下面，將對(duì)第一實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻的制備方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，將作為金屬氧化物的二氧化錳(MnO2)，氧化鈷(Co2O3)，氧化鉍(Bi2O3)、氧化銻(Sb2O3)和氧化鎳(NiO)加至作為主成份的氧化鋅(ZnO)中。
然后，將下述材料水、有機(jī)分散劑以及粘結(jié)劑加入混合器中然后進(jìn)行混合。接著，通過(guò)噴霧干燥器將所述的混合物進(jìn)行噴霧造粒。再將顆粒狀粉末填入模具中進(jìn)行壓制，結(jié)果形成了直徑為100mm，厚度為30mm的圓形板。然后于1200℃對(duì)壓制體進(jìn)行煅燒，從而得到燒結(jié)體1(參見(jiàn)圖1)。
然后，將氧化鋁類(lèi)無(wú)機(jī)絕緣體涂布至燒結(jié)體1的側(cè)面1c上，并通過(guò)在400℃對(duì)該無(wú)機(jī)絕緣體的烘烤，在側(cè)面上形成側(cè)面絕緣薄膜2。隨后分別對(duì)其上已提供有側(cè)面絕緣薄膜2的燒結(jié)體1的上表面和下表面1a,1b進(jìn)行拋光，接著用防護(hù)罩復(fù)蓋該燒結(jié)體1，然后進(jìn)行拋光。然后，通過(guò)等離子熱噴涂，在拋光的上表面和下表面上形成電極3。按照上述步驟，制得了非線(xiàn)性電阻。
下面，對(duì)用于本發(fā)明第一實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻的耐放電能量試驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)疊置三片在相同條件下制得的不同種類(lèi)的非線(xiàn)性電阻而制得試樣。然后，在從200J/cc至20J/cc而增加放電能量的同時(shí)，以五分鐘的間隔將2ms的矩形放電能量施加至各試樣上。于是，進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，直到三片非線(xiàn)性電阻的至少一片被電擊穿為止。與此同時(shí)，將使試樣破壞所吸收的放電能量的最大值設(shè)定為耐放電能量(J/cc)。針對(duì)非線(xiàn)性電阻各電極的形成條件或電極形狀，對(duì)十組非線(xiàn)性電阻進(jìn)行耐放電能量試驗(yàn)。
(1-1)熱噴涂法圖2是當(dāng)改變形成非線(xiàn)性電阻的電極的熱噴涂法時(shí)，顯示本發(fā)明第一實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的耐放電能量結(jié)果的圖表。在圖2中，參考號(hào)4表示帶有通過(guò)非真空電弧熱噴涂而形成的電極的非線(xiàn)性電阻；參考號(hào)5表示帶有通過(guò)非真空高速氣焰熱噴涂而形成的電極的非線(xiàn)性電阻；參考號(hào)6表示帶有通過(guò)非真空等離子體熱噴涂而形成的電極的非線(xiàn)性電阻。
從圖2可以看出，如果通過(guò)非真空等離子體熱噴涂形成非線(xiàn)性電阻6的電極3的話(huà)，該非線(xiàn)性電阻的耐放電能量將明顯增加，而不會(huì)象通過(guò)非真空電弧熱噴涂而形成的非線(xiàn)性電阻4的電極3那樣的情況或象通過(guò)非真空高速氣焰熱噴涂而形成的非線(xiàn)性電阻5的電極3那樣的情況。
更具體地說(shuō)，如果通過(guò)電弧熱噴涂形成電極的話(huà)，被熔融并噴涂至電極上的熱噴涂顆粒較大，因此電極表面將不平滑，并有許多孔和氧化物包含在電極中。因此，不能得到具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。此外，如果通過(guò)高速氣焰熱噴涂形成電極的話(huà)，在噴涂時(shí)噴涂壓力較高，因此，電極的防護(hù)罩在噴涂時(shí)易于變形。因此，不能使電極形成預(yù)定的形狀。其結(jié)果是，不能得到具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
相反，本發(fā)明第一實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻中的電極3是通過(guò)等離子體熱噴涂而形成的，該非線(xiàn)性電阻顯示出了極其優(yōu)異的耐放電能量特性。這是因?yàn)?，由等離子體熱噴涂形成的電極3具有平滑的表面，并且在電極3中幾乎沒(méi)有孔和氧化物，此外，電極3能形成預(yù)定的形狀。帶有所述電極3的非線(xiàn)性電阻將具有優(yōu)異的耐放電能量。
(1-2)在熱噴涂氣氛中的氧濃度圖3是，當(dāng)形成本發(fā)明第一實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻的電極3時(shí)，顯示其電極3通過(guò)利用等離子體熱噴涂與此同時(shí)改變熱噴涂氣氛中氧濃度而形成的非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)結(jié)果的圖表。由圖3可以看出，當(dāng)在氧濃度調(diào)整至低于22％體積的氣氛中形成電極3時(shí)，由于熱噴涂電極中的氧化物量較少，因此，該非線(xiàn)性電阻顯示出極優(yōu)異的耐放電能量。
如上所述，根據(jù)利用在氧濃度低于22％體積的氣氛中的等離子體熱噴涂而形成非線(xiàn)性電阻的電極3的第一實(shí)施方案，電極3的表面平面化將由于使熱噴涂電極中氧化物的量變得更少?gòu)亩鴾p少電極3中的空隙而得以改進(jìn)。因此，可防止在吸收放電能量時(shí)燒結(jié)體1中不均勻的電流分布，并因此使非線(xiàn)性電阻具有優(yōu)異的耐放電能量。
(2)第二實(shí)施方案下面將參考圖4-7來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方案。首先，制備若干種非線(xiàn)性電阻。所述非線(xiàn)性電阻帶有電極3，這些電極是在不同的電極形成條件下形成的，但至少滿(mǎn)足第一實(shí)施方案中用于電極3的條件，即按照列于第一實(shí)施方案中的非線(xiàn)性電阻制備步驟，“在其中氧濃度調(diào)整至低于22％體積的氣氛中通過(guò)等離子體熱噴涂而形成電極3”。
更具體地說(shuō)，在多個(gè)電極形成條件下，如(2-1)熱噴涂輸出功率，(2-2)電極材料，(2-3)在形成電極時(shí)所采用的熱噴涂粉末的平均粒徑，以及(2-4)在其上形成電極的燒結(jié)體1的表面粗糙度，制備若干種非線(xiàn)性電阻。然后，在改變各個(gè)目標(biāo)條件作為參數(shù)的同時(shí)，在與上述第一實(shí)施方案相同的耐放電能量試驗(yàn)條件下，分別對(duì)若干種非線(xiàn)性電阻進(jìn)行耐放電能量試驗(yàn)。下面將分別說(shuō)明實(shí)際調(diào)整至各耐放電能量條件的多個(gè)電極形成條件，以及若干種非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果；其中所述的電阻帶有在多個(gè)電極形成條件下形成的電極3。
(2-1)熱噴涂輸出功率圖4是顯示熱噴涂輸出功率(kw)和耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。從圖4所示的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，其電極3是在熱噴涂輸出功率低于10kw下而形成的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均超過(guò)500J/cc的高耐放電能量值，而其電極3是在熱噴涂輸出功率高于10kw下而形成的非線(xiàn)性電阻將顯示出低的耐放電能量值。
換句話(huà)說(shuō)，在其中通過(guò)利用超過(guò)10kw的高熱噴涂輸出功率而形成電極3的非線(xiàn)性電阻中，由于熱噴涂輸出功率較高，因此，很難形成預(yù)定形狀的電極3。此外，由于在超過(guò)10kw的高輸出功率下熱噴涂速度較高，因此，熱噴涂電極膜的殘余應(yīng)力較高。因此，進(jìn)行熱噴涂的電極3的兩端很容易被剝離。相反地，在其中通過(guò)利用低于10kw的低熱噴涂輸出功率而形成電極3的非線(xiàn)性電阻中，易于形成預(yù)定形狀的電極3，并且熱噴涂電極膜的殘余應(yīng)力較低。因此，形成了高粘結(jié)性的熱噴涂電極，另外該非線(xiàn)性電阻還具有優(yōu)異的耐放電能量。
(2-2)電極材料圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極3的材料與耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖5示出了，當(dāng)通過(guò)利用等離子體熱噴涂形成非線(xiàn)性電阻的電極3時(shí)，其中改變粉末材料的非線(xiàn)性電阻的耐放電能量的情況。圖5示出了非線(xiàn)性電阻的耐放電能量，所述電阻分別采用如下材料作為電極3材料，如鋁7，銅8，鋅9，鎳10，銀11，銅鋅合金12，鎳鋁合金13，銀銅合金14，碳素鋼15，以及13％Cr不銹鋼16。
由圖5可以看出，其中電極3的材料由鋁7，銅8，鋅9，鎳10，銀11，銅鋅合金12，鎳鋁合金13，銀銅合金14組成的非線(xiàn)性電阻顯示出平均超過(guò)500J/cc的優(yōu)異的耐放電能量，不過(guò)其中電極3的材料由碳素鋼15或13％Cr不銹鋼16組成的非線(xiàn)性電阻顯示出低的耐放電能量。換句話(huà)說(shuō)，在其中通過(guò)將碳素鋼15或13％Cr不銹鋼16用作電極3的材料形成電極3的非線(xiàn)性電阻中，電極3的導(dǎo)電性較低，另外，在燒結(jié)體1和電極3之間的粘結(jié)性也較差。因此，該非線(xiàn)性電阻的耐放電能量將較低。相反地，當(dāng)通過(guò)熱噴涂形成電極3時(shí)，在將鋁，銅，鋅，鎳，銀，或其合金用作電極3的材料的情況下，將增加電極3的導(dǎo)電性和其與燒結(jié)體1的粘結(jié)性。因此，帶有所述電極3的非線(xiàn)性電阻將具有優(yōu)異的耐放電能量。
(2-3)用于形成電極的熱噴涂粉末的平均粒徑圖6是，當(dāng)形成非線(xiàn)性電阻的電極3時(shí)，金屬粉末的平均粒徑(μm)和耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖6示出了，在等離子體熱噴涂時(shí)，通過(guò)改變鋁材料粒徑而形成電極3的非線(xiàn)性電阻耐放電能量的試驗(yàn)結(jié)果。在這種情況下，金屬粉末的平均粒徑是由激光衍射法得到的50％的粒徑。
由圖6所示的結(jié)果可以清楚地看出，在熱噴涂電極中通過(guò)利用平均粒徑在5μm至50μm的金屬粉末而形成電極3的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均超過(guò)500J/cc的高耐放電能量。相反，通過(guò)利用平均粒徑小于5μm的金屬粉末而形成電極的非線(xiàn)性電阻，或者通過(guò)利用平均粒徑大于50μm的金屬粉末而形成電極3的非線(xiàn)性電阻，其耐放電能量將降低。
更具體地說(shuō)，當(dāng)在形成電極3時(shí)金屬粉末的平均粒徑小于5μm時(shí)，通過(guò)利用該金屬粉末而制得的非線(xiàn)性電阻中金屬粉末的粒徑將變得太小。因此，在等離子體熱噴涂時(shí)將蒸發(fā)掉大量的粉末，結(jié)果是，將部分地產(chǎn)生這樣一些區(qū)域，即在這些區(qū)域中電極3沒(méi)有形成在熱噴涂電極層上。因此，形成電極3的區(qū)域，和沒(méi)有形成電極3的區(qū)域?qū)⑼瑫r(shí)存在，結(jié)果是用作非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1中的電流分布將變得不均勻。結(jié)果將使耐放電能量下降。
另外，如果在形成電極3時(shí)金屬粉末的平均粒徑超過(guò)50μm的話(huà)，通過(guò)利用該金屬粉末制得的非線(xiàn)性電阻中，金屬粉末的粒徑將太大。于是，將增加堆積在用作非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1上的金屬粉末量，這些金屬粉末在進(jìn)行等離子體噴涂時(shí)仍保持為末熔融的顆粒。為此，增加了熱噴涂電極中的空隙量，因此，將降低耐放電能量。在圖6中描述了將鋁用作電極3材料所得到的結(jié)果，但應(yīng)理解的是，即使將銅、鋅、鎳、銀、或其合金用作電極3的材料，就耐放電能量而言，金屬粉末粒徑將具有相同的作用。
相反，帶有將金屬粉末的平均粒徑限制在5μm-50μm范圍內(nèi)的電極3的非線(xiàn)性電阻，通過(guò)阻止在等離子體噴涂時(shí)金屬粉末的蒸發(fā)，可阻止由于蒸發(fā)所造成的缺乏薄膜厚度所致的燒結(jié)體1中不均勻的電流分布，與此同時(shí)，通過(guò)在等離子體熱噴涂期間減少末熔融顆粒的數(shù)量并減少堆積在燒結(jié)體1上末熔融顆粒的數(shù)量，可減少電極3中空隙的量。因而，上述非線(xiàn)性電阻可取得高的耐放電能量。
(2-4)在其上形成電極的燒結(jié)體的表面粗糙度圖7是，當(dāng)形成本發(fā)明第二實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻的電極3時(shí)，顯示燒結(jié)體1的平均表面粗糙度(μm)和耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，盡管當(dāng)制備非線(xiàn)性電阻時(shí)，電極3是在燒結(jié)體1的兩個(gè)端面拋光之后而形成的，但仍列出了非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，其中，電極3是通過(guò)改變用作非線(xiàn)性電阻的電極3的燒結(jié)體1的表面粗糙度而形成的，例如，通過(guò)改變拋光研磨機(jī)的粒徑，在拋光之后通過(guò)改變噴砂的粒徑而對(duì)燒結(jié)體1進(jìn)行噴砂處理等。
由圖7所示的試驗(yàn)結(jié)果可以清楚地看出，當(dāng)將構(gòu)成非線(xiàn)性電阻電極3的燒結(jié)體1的表面粗糙度調(diào)整至3μm-8μm時(shí)，該非線(xiàn)性電阻將顯示出平均超過(guò)500J/cc的高耐放電能量。相反，當(dāng)燒結(jié)體1的平均表面粗糙度小于3μm或大于8μm時(shí)，非線(xiàn)性電阻的耐放電能量將變小。
換句話(huà)說(shuō)，由于在形成電極3時(shí)將燒結(jié)體1的平均表面粗糙度降至小于3μm而制得的非線(xiàn)性電阻，燒結(jié)體1具有小的表面積，因此，燒結(jié)體1和電極3之間的粘結(jié)力將變小，因此在電極3的兩端容易產(chǎn)生電極3的剝離。因此，耐放電能量將變小。在形成電極3時(shí)將燒結(jié)體1的平均表面粗糙度調(diào)整至大于8μm而制得的非線(xiàn)性電阻中，當(dāng)由非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，在燒結(jié)體1表面上的凸形頂部電流分布將變得不均勻。因此，將降低耐放電能量。
相反，其中將燒結(jié)體1的平均表面粗糙度調(diào)整至3μm-8μm的非線(xiàn)性電阻，能保證燒結(jié)體1和電極3之間強(qiáng)的粘結(jié)力。同時(shí)，還能防止燒結(jié)體1凸形頂部不均勻的電流分布，因此該非線(xiàn)性電阻將具有優(yōu)異的耐放電能量。
根據(jù)上述耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，在第二實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻中，通過(guò)利用輸出功率為10kw的等離子體熱噴涂法形成電極3，另外還可將鋁、銅、鋅、鎳、以及銀和其合金用作電極3的材料。此外，用作電極3的材料的金屬粉末的平均粒徑為5μm-50μm，燒結(jié)體1的上表面1a和下表面1b的平均表面粗糙度在3μm-8μm的范圍內(nèi)。
(3)第三實(shí)施方案下面將參考圖8-12來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施方案。首先，制得若干種非線(xiàn)性電阻。所述非線(xiàn)性電阻帶有電極3，通過(guò)改變電極形成條件使這些電極具有不同的特性，但至少滿(mǎn)足第一實(shí)施方案中用于電極3的條件，即按照列于第一實(shí)施方案中的非線(xiàn)性電阻制備步驟，“在其中氧濃度調(diào)整至低于22％體積的氣氛中通過(guò)等離子體熱噴涂而形成電極3”。
更具體地說(shuō)，在多個(gè)電極形成條件下，如(3-1)孔隙度，(3-2)金屬氧化物的重量百分比，(3-3)平均薄膜厚度，(3-4)平均表面粗糙度，和(3-5)電阻率，制備若干種非線(xiàn)性電阻。然后，在改變各個(gè)目標(biāo)條件作為參數(shù)的同時(shí)，在與上述第一實(shí)施方案相同的耐放電能量試驗(yàn)條件下，分別對(duì)若干種非線(xiàn)性電阻進(jìn)行耐放電能量試驗(yàn)。下面將分別說(shuō)明實(shí)際調(diào)整至各耐放電能量條件的多個(gè)電極形成條件，以及若干種非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果；其中所述的電阻帶有在多個(gè)電極形成條件下形成的電極3。
(3-1)孔隙度圖8是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極的孔隙度(％)和耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖8顯示出了非線(xiàn)性電阻耐放電能量的結(jié)果，其中當(dāng)通過(guò)熱噴涂形成電極3時(shí)，通過(guò)改變各種條件而改變熱噴涂電極的孔隙度。在這種情況下，在僅由熱噴涂電極組成的試樣從非線(xiàn)性電阻中取出之后，通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行注汞試驗(yàn)而測(cè)量其孔隙度。
由圖8所示的結(jié)果可以清楚地看出，其中電極3的孔隙度小于15％的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均超過(guò)500J/cc的高耐放電能量，而當(dāng)電極3的孔隙度超過(guò)15％時(shí)，非線(xiàn)性電阻的耐放電能量將降低。換句話(huà)說(shuō)如果電極3的孔隙度超過(guò)15％，當(dāng)非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，由于非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1和電極3之間界面上的孔而使非線(xiàn)性電阻中的電流分布變得不均勻，因此，將使耐放電能量降低。
相反，如果電極3的孔隙度小于15％，那么，就能阻止由于非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1和電極3之間界面上的孔所致的非線(xiàn)性電阻中不均勻的電流分布。因而，就能使非線(xiàn)性電阻實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的耐放電能量。如上所述，通過(guò)將非線(xiàn)性電阻中電極3的孔隙度限制在低于15％，可提供具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
(3-2)金屬氧化物的重量百分比圖9是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻的電極中金屬氧化物的重量百分比(％)和耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖9示出了非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，其中，當(dāng)通過(guò)熱噴涂法形成電極3時(shí)通過(guò)改變各種條件而改變熱噴涂電極中金屬氧化物重量百分比。在這種情況下，在僅由熱噴涂電極組成的試樣從非線(xiàn)性電阻中取出之后，利用燃燒法對(duì)試樣中的氧含量進(jìn)行測(cè)定而計(jì)算出金屬氧化物的重量百分比。
由圖9所示的試驗(yàn)結(jié)果可以清楚地看出，其中電極3中的金屬氧化物低于25％重量的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均大于500J/cc的高耐放電能量，而其中電極3中的金屬氧化物超過(guò)25％重量的非線(xiàn)性電阻，其耐放電能量將下降。換句話(huà)說(shuō)，如果電極3中的金屬氧化物超過(guò)25％重量，那么，當(dāng)非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，非線(xiàn)性電阻中的電流分布將由于非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1和電極3之間界面上存在金屬氧化物而變得不均勻，結(jié)果是，將降低耐放電能量。
相反，如果電極3中的金屬氧化物低于25％重量，那么就能阻止由于非線(xiàn)性電阻燒結(jié)體1和電極3之間界面上的金屬氧化物所致的非線(xiàn)性電阻中不均勻的電流分布。因此，能實(shí)現(xiàn)優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。以此方式，通過(guò)將非線(xiàn)性電阻的電極3中的金屬氧化物量限制在低于25％，可提供具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
(3-3)平均薄膜厚度圖10是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極的平均薄膜厚度(μm)與耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖10示出了非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，其中當(dāng)通過(guò)熱噴涂法形成電極3時(shí)，通過(guò)改變各種條件而改變熱噴涂電極的平均薄膜厚度。在這種情況下，電極的平均薄膜厚度是根據(jù)顯示電極3截面形狀的顯微光譜中測(cè)得的平均薄膜厚度。
由圖10所示的試驗(yàn)結(jié)果可以清楚地看出，其中將電極3的平均薄膜厚度調(diào)整至5μm-500μm的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均大于500J/cc的高耐放電能量，但是當(dāng)電極3的平均薄膜厚度低于5μm或高于500μm時(shí)，非線(xiàn)性電阻的耐放電能量將降低。
換句話(huà)說(shuō)，在其中平均薄膜厚度低于10μm的非線(xiàn)性電極中，將很容易在電極3中形成薄膜厚度不足的區(qū)域和粘結(jié)力不足的區(qū)域。因此，當(dāng)非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，在所述區(qū)域中燒結(jié)體1中的電流分布將變得不均勻，因此將降低耐放電能量。此外，在其中平均薄膜厚度大于100μm的非線(xiàn)性電極中，在非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1和電極3之間容易發(fā)生剝離。如果在燒結(jié)體1和電極3之間產(chǎn)生剝離的話(huà)，那么，當(dāng)非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1中的電流分布在所述的剝離區(qū)域中將變得不均勻，結(jié)果是，也將使耐放電能量降低。
相反，如果將電極3的平均薄膜厚度調(diào)整至5μm-500μm，那么將能防止非線(xiàn)性電阻的電極3中產(chǎn)生薄膜厚度的不足和粘結(jié)力的不足，另外，還能防止由于電極3中的殘余應(yīng)力增加而引起的燒結(jié)體1和電極3之間的剝離。因此，能防止由于上述原因所致的非線(xiàn)性電阻中不均勻的電流分布，并且還能實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。如上所述，根據(jù)其中電極3的平均薄膜厚度調(diào)整至5μm-500μm的非線(xiàn)性電阻，能提供優(yōu)異的耐放電能量。
(3-4)平均表面粗糙度圖11是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極的平均粗糙度(μm)與耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖11示出了非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，其中，當(dāng)通過(guò)熱噴涂法形成電極3時(shí)，通過(guò)改變各種條件而改變熱噴涂電極的平均表面粗糙度。
由圖11所示的試驗(yàn)結(jié)果可以清楚地看出，其中電極3的平均表面粗糙度低于8μm的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均大于500J/cc的高耐放電能量，但是在其中電極3的平均表面粗糙度超過(guò)8μm的非線(xiàn)性電阻中，耐放電能量將下降。換句話(huà)說(shuō)，如果電極3的平均表面粗糙度超過(guò)8μm，那么，當(dāng)非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，在層合非線(xiàn)性電阻間的空隙中容易產(chǎn)生放電，結(jié)果是，使耐放電能量下降。
相反，如果電極3的平均表面粗糙度低于8μm，那么，由于阻止了層合非線(xiàn)性電阻間空隙中所產(chǎn)生的放電，因此可得到具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。也就是說(shuō)，通過(guò)將非線(xiàn)性電阻中電極3的平均表面粗糙度限制在低于8μm，能提供具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
(3-5)電阻率圖12是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極的電阻率(μΩ·cm)與耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖12示出了非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，其中，當(dāng)通過(guò)熱噴涂法形成電極3時(shí)，通過(guò)改變各種條件而改變熱噴涂電極的電阻率。在這種情況下，在僅由熱噴涂電極組成的試樣從非線(xiàn)性電阻中取出之后，通過(guò)直流四端法(DC four terminal method)測(cè)量試樣的電阻值，并根據(jù)該電阻值和試樣的形狀來(lái)計(jì)算電阻率。
由圖12所示的試驗(yàn)結(jié)果可以清楚地看出，其中電極3的電阻率低于15μΩ·cm的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均大于500J/cc的高耐放電能量。而其中電極3的電阻率超過(guò)15μΩ·cm的非線(xiàn)性電阻，其耐放電能量將下降。這是因?yàn)椋绻姌O3的電阻率大于15μΩ·cm，即高電阻區(qū)存在于非線(xiàn)性電阻燒結(jié)體1和電極3之間的界面上，那么，當(dāng)非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，由于非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1和電極3之間所形成的所述的高電阻區(qū)而將使非線(xiàn)性電阻的電流分布變得不均勻。
相反，如果電極3的電阻率低于15μΩ·cm，就能防止由于非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1和電極3之間所形成的所述的高電阻區(qū)所致的非線(xiàn)性電阻不均勻的電流分布。因此，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。如上所述，通過(guò)將非線(xiàn)性電阻中電極3的電阻率限制在低于15μΩ·cm，可提供具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
根據(jù)上述耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，在本發(fā)明第三實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻中，將電極3的孔隙度調(diào)整至低于15％，另外，將電極3中的金屬氧化物的重量百分比調(diào)整至低于25％。此外，還將電極3的平均薄膜厚度調(diào)整至5μm-500μm，平均表面粗糙度調(diào)整至低于8μm，并將電阻率調(diào)整至低于15μΩ·cm。
(4)第四實(shí)施方案下面將參考圖13-15來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施方案。首先，制備若干種非線(xiàn)性電阻。所述非線(xiàn)性電阻帶有電極3，通過(guò)改變電極形成條件使這些電極具有不同的形狀，但至少滿(mǎn)足第一實(shí)施方案中用于電極3的條件，即“在其中氧濃度調(diào)整至低于22％體積的氣氛中通過(guò)等離子體熱噴涂而形成電極3”。
在這種情況下，在第四實(shí)施方案中，通過(guò)改變電極3的形成方法，以及上述非線(xiàn)性電阻制備步驟的各種條件，而改變電極3的尺寸以及端部不均勻的尺寸，結(jié)果是，制得了具有不同尺寸和形狀的電極3的非線(xiàn)性電阻。
圖13是顯示如上所述制備的非線(xiàn)性電阻電極側(cè)端部分的簡(jiǎn)圖。在圖13中，參考號(hào)17表示燒結(jié)體的側(cè)端部分；18表示電極；而19表示電極的側(cè)端部分。在圖13中，參考號(hào)21表示沿電極3直徑方向表示端部平均位置的平行線(xiàn)20和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的距離，即電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的平均距離。在圖13中，參考號(hào)22表示電極側(cè)端部分19壁厚不均度變化的最大值。
更具體地說(shuō)，在多個(gè)電極形成條件下，如(4-1)電極側(cè)端部分和燒結(jié)體側(cè)端部分之間的距離，和(4-2)沿主表面方向電極側(cè)端部分壁厚不均度的最大值，制備若干種非線(xiàn)性電阻。然后，在改變各個(gè)目標(biāo)條件作為參數(shù)的同時(shí)，在與上述第一實(shí)施方案相同的耐放電能量試驗(yàn)條件下，分別對(duì)若干種非線(xiàn)性電阻進(jìn)行耐放電能量試驗(yàn)。下面將分別說(shuō)明實(shí)際調(diào)整至各耐放電能量條件的多電極形成條件，以及若干種非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果；其中所述的電阻帶有在多電極形成條件下形成的電極3。
(4-1)電極側(cè)端部分和燒結(jié)體側(cè)端部分之間的距離圖14是顯示本發(fā)明第四實(shí)施方案的電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的距離(mm)21與耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖14示出了非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，其中，當(dāng)通過(guò)熱噴涂法形成電極3時(shí)，通過(guò)改變各種條件而改變熱噴涂電極的形狀。
由圖14所示的試驗(yàn)結(jié)果可以清楚地看出，其中，將電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的距離21調(diào)整至0.01mm-1.0mm的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均大于500J/cc的高耐放電能量，而其中將電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的距離21調(diào)整至小于0.01mm或大于1.0mm的非線(xiàn)性電阻，其耐放電能量將下降。
換句話(huà)說(shuō)，如果電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的距離21小于0.01mm，那么，當(dāng)該非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，在非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1和側(cè)面絕緣層間的界面上，或者在該側(cè)面絕緣層中，或者在該側(cè)面絕緣層的側(cè)表面上易于發(fā)生絕緣擊穿。此外，如果電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的距離21大于1.0mm，那么，當(dāng)該非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，由于在非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1中的電流分布變得不均勻，因此，同樣將使耐放電能量下降。
相反，如果將非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的距離21調(diào)整至0.01mm-1.0mm之間，那么，當(dāng)該非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，能防止在非線(xiàn)性電阻的燒結(jié)體1和側(cè)面絕緣層間的界面上，或者在該側(cè)面絕緣層中，或者在該側(cè)面絕緣層的側(cè)表面上產(chǎn)生的絕緣擊穿，或者能防止該非線(xiàn)性電阻中不均勻的電流分布。因此，能獲得具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。如上所述，通過(guò)將非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17之間的距離21調(diào)整至0.01mm-1.0mm之間，能提供具有優(yōu)異放電能量的非線(xiàn)性電阻。
(4-2)電極側(cè)端部分壁厚不均度的最大值圖15是顯示本發(fā)明第四實(shí)施方案非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分19不均勻度的最大值22(±m(xù)m)與該非線(xiàn)性電阻耐放電能量(J/cc)之間關(guān)系的圖表。更具體地說(shuō)，圖15示出了非線(xiàn)性電阻耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，其中，當(dāng)通過(guò)熱噴涂形成電極3時(shí)，通過(guò)改變各種條件而改變熱噴涂電極的形狀。
由圖15可以清楚地看出，其中將電極側(cè)端部分19不均勻度的最大值22調(diào)整至小于±0.5mm的非線(xiàn)性電阻將顯示出平均大于500J/cc的高耐放電能量值，而其中將電極側(cè)端部分19不均勻度的最大值22調(diào)整至大于±0.5mm的非線(xiàn)性電阻，其耐放電能量將下降。
換句話(huà)說(shuō)，如果將非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分19的不均勻度變化的最大值22調(diào)整至大于±0.5mm，那么，當(dāng)該非線(xiàn)性電阻吸收放電能量時(shí)，在非線(xiàn)性電阻電極側(cè)端部分19的凸形頂端處，將使非線(xiàn)性電阻燒結(jié)體1中的電流分布變得不均勻，結(jié)果是，將使該非線(xiàn)性電阻的耐放電能量下降。
另一方面，如果將非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分19的不均勻度變化的最大值22調(diào)整至小于±0.5mm，那么，由于能防止由電極側(cè)端部分19的凸形頂端所致的非線(xiàn)性電阻中不均勻的電流分布，因此能獲得具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。照此，通過(guò)使非線(xiàn)性電阻電極側(cè)端部分19的厚度不均度變化的最大值22限制在低于±0.5mm，能提供具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
根據(jù)上述耐放電能量試驗(yàn)的結(jié)果，在本發(fā)明第四實(shí)施方案的非線(xiàn)性電阻中，將非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分19和燒結(jié)體側(cè)端部分17間的距離調(diào)整至0.01-1.0mm，另外還將非線(xiàn)性電阻的電極側(cè)端部分19的厚度不均度變化的最大值調(diào)整至±0.5mm。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)利用等離子體熱噴法限制電極形成條件，并限制電極的材料和形狀，能防止在吸收放電能量時(shí)在燒結(jié)體中所產(chǎn)生的不均勻的電流分布。因此，能提供具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
權(quán)利要求
1．一種非線(xiàn)性電阻，包括有上表面、下表面、以及側(cè)面的燒結(jié)體，并且形成的燒結(jié)體包括有氧化鋅作為主成份；形成于燒結(jié)體側(cè)面上的側(cè)絕緣層；和通過(guò)等離子體熱噴涂法分別在燒結(jié)體的上、下表面上形成的一對(duì)電極。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中，電極對(duì)是在氧濃度調(diào)整至低于22％體積的氣氛中，通過(guò)等離子體熱噴涂法形成的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中，電極對(duì)是通過(guò)其輸出功率調(diào)整至低于10kw的等離子體熱噴涂法形成的。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中電極對(duì)由鋁、銅、鋅、鎳、和銀或其合金之一組成。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中，通過(guò)利用金屬粉末形成電極對(duì)，所述金屬粉末的平均粒徑為5μm-50μm。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中燒結(jié)體上、下表面的平均表面粗糙度在3μm-8μm的范圍內(nèi)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中，電極對(duì)的孔隙度低于15％。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中，電極對(duì)包含金屬氧化物和金屬，并且包含在電極中的金屬氧化物的重量百分比調(diào)整至低于25％。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中，電極對(duì)的平均厚度在5μm-500μm的范圍內(nèi)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中，電極對(duì)的平均表面粗糙度低于8μm。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中電極對(duì)的電阻率低于15μΩ·cm。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中電極對(duì)有側(cè)端部分，燒結(jié)體有側(cè)端部分，并且電極對(duì)的側(cè)端部分和燒結(jié)體側(cè)端部分之間的距離被調(diào)整至0.01mm-1.0mm。
13．根據(jù)權(quán)利要求1的非線(xiàn)性電阻，其中電極對(duì)有側(cè)端部分，該部分在平行于燒結(jié)體上、下表面的方向上有一壁厚不均度，并且所述的不均度的偏差為±0.5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非線(xiàn)性電阻,所述非線(xiàn)性電阻通過(guò)在燒結(jié)體1上形成側(cè)面絕緣層2,并在燒結(jié)體1的上、下表面上提供一對(duì)電極3而形成;所述的燒結(jié)體1包含氧化鋅作為主成分。通過(guò)低于10kw的等離子體熱噴涂法,在氧濃度調(diào)整至22%體積或更低的氣氛中形成電極3。該電極3由平均粒徑在5μm—50μm范圍內(nèi)的鋁、銅、鋅、鎳、銀、或其合金組成。優(yōu)選的是電極的孔隙度低于15%,金屬氧化物的重量百分比低于25%,平均薄膜厚度在5μm—500μm范圍內(nèi),平均表面粗糙度低于8μm,并且電阻率低于15μΩ·cm。因此,本發(fā)明提供了具有優(yōu)異耐放電能量的非線(xiàn)性電阻。
文檔編號(hào)C23C4/12GK1224222SQ9812586
公開(kāi)日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月22日
發(fā)明者安藤秀泰, 伊藤義康, 鈴木洋典, 西脅進(jìn) 申請(qǐng)人:東芝株式會(huì)社