具有非線性電流-電壓特性的組合物制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種組合物和材料，所述組合物和材料具有變阻器性質(zhì)，而且適用于電應(yīng)力控制裝置和電涌放電器裝置。所述組合物和材料包括聚合物材料和煅燒的鈦酸鈣銅填充材料，而且具有可逆的非線性電流-電壓特性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及具有非線性電流-電壓特性的組合物及其制成的制品。
技術(shù)介紹
根據(jù)流過裝置的電流或者裝置上的電壓，變阻器(B卩，壓敏電阻)顯示出不同的阻抗。變阻器材料的性質(zhì)使得它們有利于用作電應(yīng)力控制裝置和電涌放電器，即電涌保護(hù)裝置等。例如，在端接或連接屏蔽電纜時，電應(yīng)力控制裝置用來容納并管理電應(yīng)力。絕緣屏蔽從電纜中移除后，電場會集中在中斷點處，導(dǎo)致電應(yīng)力較高。接線端或連接電纜的此類應(yīng)用需要電應(yīng)力控制。電涌保護(hù)裝置防御由電磁效應(yīng)生成的電涌，例如，由多種效應(yīng)造成的閃電或靜電放電。因此，電涌保護(hù)可以應(yīng)用在電源輸入處，以便應(yīng)對操作設(shè)備外部的市電電源上的干擾或者內(nèi)部生成的過電壓。電涌保護(hù)器可以通過濾波來減弱瞬變現(xiàn)象，或者轉(zhuǎn)移瞬變現(xiàn)象，以防止損壞負(fù)載。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一方面提供一種組合物，所述組合物包括:聚合物材料；以及煅燒的鈦酸鈣銅填充材料；其中所述組合物具有可逆的非線性電流-電壓特性。所述組合物可制成適用于電應(yīng)力控制裝置和電涌放電器裝置的材料。`本專利技術(shù)的另一方面提供一種方法，所述方法包括:提供已在約1100°C或更高溫度下煅燒的鈦酸鈣銅粒子，將所述粒子與聚合物材料相結(jié)合以形成組合物，以及將所述組合物形成為制品。本專利技術(shù)中所用的“可逆的非線性電流-電壓特性”是指在低于不可逆的擊穿場(breakdown field)的電場中，組合物的電流-電壓(1-V)行為。電流-電壓行為有時也稱為傳導(dǎo)性與電場行為。本專利技術(shù)的至少一個實施例的優(yōu)點在于，提供了一種具有較高介電常數(shù)和非線性電流電壓特性的聚合物組合物和材料。本專利技術(shù)的至少一個實施例的另一個優(yōu)點在于，變阻器組合物的非線性系數(shù)較高，與當(dāng)前已知的變阻器組合物相比，這允許它們在窄得多的電壓范圍內(nèi)傳遞大量變化的電流。本專利技術(shù)的至少一個實施例的又一個優(yōu)點在于，所述變阻器組合物具有折射(較高介電常數(shù))和電阻(較高的非線性IV特性)兩種電場應(yīng)力控制。本專利技術(shù)的上述
技術(shù)實現(xiàn)思路
并不意圖描述本專利技術(shù)的每個公開的實施例或每種實施方式。以下附圖和具體實施方式更具體地舉例說明了示例性實施例。附圖說明圖1示出了第一比較材料的線性電流-電壓特性。圖2示出了第二比較材料的線性電流-電壓特性。圖3示出了本專利技術(shù)的一項實施例的非線性電流-電壓特性。圖4示出了本專利技術(shù)的一項實施例的可逆的非線性電流-電壓特性。圖5示出了本專利技術(shù)的一項實施例的可逆的非線性電流-電壓特性。圖6a示出了本專利技術(shù)的一項實施例在約50°C到約200°C的溫度范圍內(nèi)的介電常數(shù)。圖6b示出了本專利技術(shù)的一項實施例在約50°C到約200°C的溫度范圍內(nèi)的損耗角正切。具體實施例方式在以下說明中，參考形成本說明的一部分的附圖，并且其中以圖示方式示出了若干具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本專利技術(shù)的范圍或精神的前提下，可以設(shè)想出其他實施例并進(jìn)行實施。因此，以下的具體實施方式不具有限制性意義。除非另外指明，否則本說明書和權(quán)利要求中使用的表示特征尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字均應(yīng)該理解為在所有情況下均是由術(shù)語“約”來修飾的。因此，除非有相反的說明，否則上述說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均是近似值，根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性，這些近似值可以變化。通過端值表示的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)的所有數(shù)字(如，I到5包括1、1.5、2、2.75,3,3.80、4和5)以及該范圍內(nèi)的任何范圍。在某些方面，本專利技術(shù)涉及電應(yīng)力控制，具體地講，涉及一種用于實現(xiàn)電應(yīng)力控制的物質(zhì)組合物。所述組合物可用于電力電纜的`接線端和連接器。在其他方面，本專利技術(shù)涉及電涌阻止，具體地講，涉及一種用于實現(xiàn)電涌阻止的物質(zhì)組合物。包括電纜在內(nèi)的電氣設(shè)備以約IOkV和以上的中壓或高壓操作，會受到一定的電應(yīng)力，而這些電應(yīng)力可能無法由基本上僅電絕緣的材料加以充分控制。已知，應(yīng)力控制材料尤其適用于此類應(yīng)用。此類材料可分類成“線性”或“非線性”。線性應(yīng)力控制材料遵循歐姆定律(Ohm’s law):I=kV其中I=電流V=電壓，以及k為常數(shù)。非線性材料遵循以下方程式的一般形式:I=kVY其中Y (伽馬)為大于I的常數(shù)，它的值根據(jù)材料而定。專利技術(shù)人不僅發(fā)現(xiàn)，采用壓盤形式的本專利技術(shù)的CCT粒子呈現(xiàn)出固有的非線性1-V特性，本文中也稱為“變阻器效果”，而且還發(fā)現(xiàn)，將這些CCT粒子添加到聚合物基質(zhì)中會使所得組合物具有非線性電流-電壓(1-V)特性。因此，對于本專利技術(shù)的組合物，電流可以改變幾個量級，但電壓變化較小。在本專利技術(shù)之前，人們并不知道添加具有非線性1-V特性的CCT粒子是否會使混合有這些粒子的聚合物基質(zhì)具有這種類似的特性。本專利技術(shù)的整體組合物的非線性系數(shù)優(yōu)選大于約100，更優(yōu)選大于約150，且最優(yōu)選大于約200。當(dāng)前已知的變阻器材料，例如，摻雜的ZnO和SiC的非線性系數(shù)為約20到90，這些材料在用來制作組合物時，將形成非線性系數(shù)為約10到約15的組合物。本專利技術(shù)的組合物的非線性系數(shù)更高，與含有當(dāng)前已知的變阻器材料的組合物相比，這允許它在窄得多的電壓范圍內(nèi)傳遞大量變化的電流。在此所用的煅燒是指在重力下進(jìn)行高溫加熱，但不進(jìn)行任何壓縮。需要很小的力便可將所得材料弄碎，例如，輕輕研磨即可弄碎。這樣會將不規(guī)則形狀的粒子而非一般的球形平滑粒子的百分比降至最小，制造商最初供應(yīng)的CCT粉末的常見形狀便是一般的球形。煅燒與燒結(jié)的區(qū)別之處在于，燒結(jié)通常包括加熱，其中任選地施加壓力，隨后進(jìn)行淬火，而且通常導(dǎo)致粒子融合成材料塊。已經(jīng)表明，在空氣中煅燒并燒結(jié)或者僅僅燒結(jié)CCT粒子可形成具有非線性電流-電壓性質(zhì)的致密球粒，但并不知道的是，可通過單獨煅燒來使CCT粒子具有非線性IV性質(zhì)，如本專利技術(shù)人所完成的那樣。要在約1100°C或更高溫度下對本專利技術(shù)的CCT粒狀填料進(jìn)行煅燒。該粉末優(yōu)選在煅燒溫度下維持足夠長的時間，以確保所有粒子的電氣性質(zhì)一致。專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，在1000°c或更低的溫度下進(jìn)行煅燒并不會使CCT填 料產(chǎn)生所需的非線性電流-電壓特性。據(jù)信，煅燒過程導(dǎo)致各個粒子有效呈現(xiàn)出“變阻器效果”。這意味著，相對于D.C.電阻抗特性(施加給粒子的D.C.電壓與流過粒子的所得電流之間的關(guān)系)的變化而言，粒子是非線性的，但所述粒子的行為也發(fā)生過渡，因為電壓與電流曲線圖示出了線性行為與非線性行為之間的過渡。本專利技術(shù)的CCT優(yōu)選無摻雜。已表明，通過煅燒摻雜的氧化鋅可得到非線性電流-電壓性質(zhì)，但并不知道的是，無摻雜的CCT粒子可通過煅燒而獲得非線性IV性質(zhì)。氧化鋅等其他變阻器材料必須用Bi203、Cr203、Sb203、C0203以及MnO3等材料進(jìn)行摻雜以實現(xiàn)變阻器效果，這與本專利技術(shù)的CCT不同，所述CCT無需進(jìn)行任何摻雜便可實現(xiàn)變阻器效果。本專利技術(shù)的CCT可采用η型和P型摻雜，而且將仍保留非線性1-V特性。CCT粉末包括介于約25vol%與約45vol%之間的所得材料。在一些實施例中，優(yōu)選的量為約30vol%。聚合物基質(zhì)可以包括:彈性材料，例如，氨基甲酸酯、硅樹脂或EPDM ;熱塑性聚合物，例如，聚乙烯或聚丙烯；粘接劑，例如，基于乙烯-乙酸乙酯或氨基甲酸酯的那些粘接劑；熱塑性彈性體；凝膠；熱固性材料，例如，環(huán)氧樹脂；或者此類材料的組合，包括共聚物，例如，聚異丁烯和無定形聚丙烯的組合。整體組合物還可以包括其他熟知的用于這些材料的添加劑，以便(例如)提高本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.08.26 US 12/869,1291.一種組合物，其包括: 聚合物材料；以及 煅燒的鈦酸鈣銅填充材料； 其中所述組合物具有可逆的非線性電流-電壓特性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述煅燒的鈦酸鈣銅填充材料并未燒結(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述煅燒的鈦酸鈣銅填充材料并無摻雜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其具有介于約10與約40之間的介電常數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述組合物包括約25vol%與約45vol%之間的填充材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中鈦酸鈣銅填料在約1100°C下進(jìn)行煅燒。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中在約20°C到約200°C的溫度范圍內(nèi)，在IkHz的頻率下，所述介電常數(shù)的差別小于15%。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其在IkHz的頻率且室溫下，具有約0.02或更小的損耗角正切。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其具有...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：迪潘克爾·高希，肯頓·D·布德，納納亞克拉·L·D·索馬希里，蔣鴿，布雷德利·L·吉沃特，
申請(專利權(quán))人：三M創(chuàng)新有限公司，
類型：
國別省市：