KR20060044462A - Zinc oxide nano powder varistors and manufacturing method thereof - Google Patents
Zinc oxide nano powder varistors and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060044462A KR20060044462A KR1020050023029A KR20050023029A KR20060044462A KR 20060044462 A KR20060044462 A KR 20060044462A KR 1020050023029 A KR1020050023029 A KR 1020050023029A KR 20050023029 A KR20050023029 A KR 20050023029A KR 20060044462 A KR20060044462 A KR 20060044462A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- zinc oxide
- varistor
- powder
- nano powder
- nanopowder
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
- B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
- B42D1/00—Books or other bound products
- B42D1/08—Albums
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
- B42F—SHEETS TEMPORARILY ATTACHED TOGETHER; FILING APPLIANCES; FILE CARDS; INDEXING
- B42F5/00—Sheets and objects temporarily attached together; Means therefor; Albums
- B42F5/02—Stamp or like filing arrangements in albums
Abstract
본 발명은 산화아연 나노파우더를 소재로 하여 제조되어 입자의 균질성, 기공율, 치밀도, 입계특성이 향상된 산화아연 나노파우더 바리스터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서와 같이, 산화아연 나노파우더를 사용하여 제조된 바리스터는 입자 크기가 균질하고 기공의 발생율이 현저히 감소되어 치밀도가 높다. 또한, 누설전류가 마이크로파우더 제품과 비교하여 1/2 수준이고, 비선형계수값이 월등히 높다는 특성을 갖고 있다. 또한, 동작전압이 마이크로파우더 제품과 비교하여 3배 정도 높기 때문에 두께를 1/3로 줄일 수 있어 사용원료의 양이 1/3으로 감소한다는 이점이 있다. 따라서 부품의 소형 경량화의 요구와 신뢰성 요구에 크게 기여할 것으로 판단된다.The present invention relates to a zinc oxide nanopowder varistor manufactured by using a zinc oxide nanopowder as a material and having improved particle homogeneity, porosity, density, and grain boundary characteristics, and a method of manufacturing the same. As in the present invention, the varistor manufactured using the zinc oxide nanopowder has a high density because the particle size is uniform and the incidence of pores is significantly reduced. In addition, the leakage current is 1/2 of that of the micropowder product, and the nonlinear coefficient value is much higher. In addition, since the operating voltage is about three times higher than that of the micropowder product, the thickness can be reduced to one third, thereby reducing the amount of used raw material by one third. Therefore, it is expected to greatly contribute to the demand for small size and light weight of components and reliability.
나노파우더, 동작전압, 누설전류, 비선형계수 Nano powder, operating voltage, leakage current, nonlinear coefficient
Description
도 1은 나노파우더(우측)와 마이크로파우더(좌측)의 형태를 나타낸 사진1 is a photograph showing the shape of the nano powder (right) and the micro powder (left)
도 2는 나노파우더를 소성하기 전의 TGA 그래프.2 is a TGA graph before firing nanopowders.
도 3은 나노파우더를 소성한 후의 TGA 그래프.3 is a TGA graph after firing nanopowders.
도 4는 소결공정에서 시간과 온도와의 관계를 나타낸 그래프.4 is a graph showing the relationship between time and temperature in the sintering process.
도 5는 SiO2 0몰% E-J 특성을 나타낸 그래프.5 is a graph showing the
도 6은 본 발명에 따른 나노파우더 바리스터의 동작전압 특성을 나타낸 그래프.6 is a graph showing the operating voltage characteristics of the nano-powder varistor according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 나노파우더 바리스터의 누설전류 특성을 나타낸 그래프.7 is a graph showing the leakage current characteristics of the nano powder varistor according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 나노파우더 바리스터의 비선형계수 특성을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the nonlinear coefficient characteristics of the nanopowder varistor according to the present invention.
도 9a는 본 발명에 따른 나노파우더 바리스터 시편의 입자를 전자현미경으로 관찰한 사진.Figure 9a is a photograph of the particles of the nano powder varistor specimens according to the present invention observed with an electron microscope.
도 9b는 종래 방법으로 제조된, SiO2 첨가량이 3몰%인 산화아연 마이크로파우더 바리스터 입자를 전자현미경으로 관찰한 사진.FIG. 9B is a photograph of electron microscope observation of zinc oxide micropowder varistor particles having a SiO 2 addition amount of 3 mol% prepared by a conventional method. FIG.
도 9c는 종래 방법으로 제조된 산화아연 마이크로파우더 바리스터 입자를 전자현미경으로 관찰한 사진.Figure 9c is a photograph observing the zinc oxide micropowder varistor particles prepared by a conventional method with an electron microscope.
본 발명은 산화아연 바리스터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화아연 나노파우더를 소재로하여 제조되어 입자의 균질성, 기공율, 치밀도, 입계특성이 향상된 산화아연 나노파우더 바리스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a zinc oxide varistor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a zinc oxide nano powder varistor having a zinc oxide nanopowder and improved in particle homogeneity, porosity, density, and grain boundary characteristics, and a method of manufacturing the same. It is about.
산화아연(ZnO) 바리스터는 산화아연 산화물을 기본 소재로 한 분말과 Bi2O3 등 첨가제의 분말을 혼합하고, 고상 확산법으로 소성 공정을 거쳐 소결하여 제조된 비선형성 전기적 특성을 갖는 세라믹 소자이다. 바리스터는 강력한 서어지 흡수 능력을 가지고 있기 때문에 전력계통 및 정보통신기기 등의 보호소자로 널리 사용되고 있다.A zinc oxide (ZnO) varistor is a ceramic device having a nonlinear electrical characteristic manufactured by mixing a powder based on zinc oxide with a powder of an additive such as Bi 2 O 3 and sintering through a sintering process by a solid phase diffusion method. Varistors are widely used as protection devices for power systems and information and communication devices because they have strong surge absorption capability.
이러한 바리스터는 특성상 상시 전원회로에 병렬로 연결되어 사용되므로, 상시 과전에 의한 열화현상을 나타내며, 또한 누설전류는 열화를 촉진시킬 뿐만 아니라 정보통신기기 등에 사용되는 경우에는 2차전지의 사용시간에 크게 영향을 준다. These varistors are connected to the power supply circuit in parallel because of their characteristics, indicating deterioration due to overcurrent, and leakage current not only promotes deterioration but also greatly increases the use time of secondary batteries when used in information and communication equipment. affect.
특히 비 균질성 미세구조를 가진 바리스터는 큰 입자들로 연결된 부분에서 전류집중현상을 가져와 누설전류를 증가시키고 빠른 열화현상 및 펑쳐(Puncture) 현상을 초래하는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 바리스터 입자의 균질성, 기공율, 치밀도, 입계특성 등은 바리스터의 신뢰성 향상을 위해 중요한 고려사항이 되고 있는 이를 해결할 수 있는 적절한 방법은 아직 제시되지 못하고 있는 실정이다. In particular, varistors having a non-homogeneous microstructure have a problem of bringing a current concentration in a portion connected with large particles, increasing leakage current, and causing rapid deterioration and puncture. Therefore, the homogeneity, porosity, density, grain boundary characteristics of the varistor particles are important considerations for improving the reliability of the varistor.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제를 해결하여 소결 온도 및 소성 온도가 낮고, 입자의 크기가 작고 균질할 뿐만 아니라, 치밀도 및 전기적 특성이 향상된 산화아연 바리스터 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is to solve the problems described above, the sintering temperature and sintering temperature is low, the size of the particles are small and homogeneous, zinc oxide varistors with improved density and electrical properties, and a method of manufacturing the same To provide.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, In order to achieve the above technical problem,
본 발명은 0nm을 초과하며 100nm 이하의 평균입자크기를 갖는 나노파워더의 산화아연으로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화아연 나노파우더 바리스터를 제공한다.The present invention provides a zinc oxide nanopowder varistor, characterized in that the zinc oxide of the nanopowder having an average particle size of more than 0nm and less than 100nm.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 산화아연 나노파우더 바리스터는 나노파우더를 사용함에 따라 분말의 치밀도가 매우 높아 입자의 성장이 소결 과정에서 억제되어 8,000V/cm 이상의 높은 동작 전압을 보이는 것을 특징으로 한다.As described above, the zinc oxide nanopowder varistor according to the present invention is characterized by showing a high operating voltage of 8,000 V / cm or more because the density of the powder is very high and the growth of particles is suppressed during the sintering process as the nanopowder is used. .
또한, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 산화아연 나노파우더 바리스터는 5 x 10-7A/cm2의 누설전류값과 40의 비선형계수를 가지고 있는 것을 특징으로 하여 열 화특성이 매우 향상되어 있다.In addition, the zinc oxide nanopowder varistor according to the present invention as described above has a leakage current value of 5 x 10 -7 A / cm 2 and a nonlinear coefficient of 40, thereby improving deterioration characteristics.
또한, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 산화아연 나노파우더 바리스터의 평균 결정립 입자 크기는 4㎛로서 결정립 입자의 결정성이 뚜렷하고, 기공이 현저하게 적어 치밀하다.In addition, the average grain size of the zinc oxide nanopowder varistor according to the present invention as described above is 4 μm, the crystal grains of the crystal grains are distinct, and the pores are remarkably small and dense.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, The present invention to achieve the above other technical problem,
산화아연 분말을 이용하여 소성 단계, 압축 성형 단계, 소결 단계 및 전극 부착 단계로 이루어진 산화아연 바리스터 제조방법에 있어서, In the zinc oxide varistor manufacturing method comprising a calcination step, compression molding step, sintering step and electrode attachment step using zinc oxide powder,
상기 산화아연 분말이 0nm을 초과하며 100nm 이하의 평균입자크기를 갖는 나노파워더인 것을 특징으로 하는 산화아연 나노파우더 바리스터 제조방법을 제공한다.The zinc oxide powder provides a method for producing a zinc oxide nano powder varistor, characterized in that the nano-powder having an average particle size of more than 0nm and less than 100nm.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 산화아연 나노파우더 바리스터 제조방법에 있어서, 상기 소성 단계는 상기 산화아연 나노파우더 분말을 이용하여 10분 내지 2시간 동안 450 내지 650℃에서, 상기 압축 성형 단계는 상기 소성한 분말을 폴리비닐알콜에 넣고 분산시킨 다음 체가름을 한 후 500kg/cm2의 압력으로, 상기 소결 단 계는 상기 압축 성형한 성형물을 이용하여 3시간 이하의 시간 동안 700 내지 1100℃에서, 상기 전극 부착 단계가 증착면의 온도를 180℃로 유지하면서 은으로 이루어진 전극을 상기 소결체 상부에서 부착시키는 과정으로 이루어지는 것이 바람직하다.In the zinc oxide nano powder varistor manufacturing method according to the present invention as described above, the firing step is performed at 450 to 650 ℃ for 10 minutes to 2 hours using the zinc oxide nano powder powder, the compression molding step is the firing One powder was dispersed in polyvinyl alcohol, sieved, and then sieved to a pressure of 500 kg / cm 2. The sintering step was performed at 700 to 1100 ° C. for 3 hours or less using the compression molded product. Preferably, the electrode attaching step is performed by attaching an electrode made of silver on the sintered body while maintaining the temperature of the deposition surface at 180 ° C.
상술한 바와 같은 본 발명은 산화아연 바리스터 제조방법인 고상 확산법에서 확산거리는 온도의 함수이므로 바리스터 소재 분말로 나노크기의 분말을 사용함으로서 소결온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 보다 균질한 그레인을 생성하고 그레인 성장을 다핵화하여 그레인의 크기를 적절하게 제어할 수 있으며, 기공의 발생율을 현저히 감소시키고 압축성형에 의해 치밀도를 높일 수 있다는 본 발명자의 연구에 기초한 것으로서, 본 발명자들은 나노파우더의 장점을 적극 활용하여 고 신뢰성 바리스터를 제조하기 위해서 연구하던 중, 100nm 이하 크기의 산화아연 분말을 소재로 하여 바리스터 시편을 제조하였고, 이러한 나노파우더 바리스터가 종래 마이크로파우더 소재 바리스터와 비교하여 전기적 특성이 우수함을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. In the present invention as described above, since the diffusion distance is a function of temperature in the solid phase diffusion method of the zinc oxide varistor manufacturing method, not only the sintering temperature can be lowered by using nano-sized powder as the varistor material powder, but also more uniform grains are produced and grained. Based on the inventor's research that the size of grain can be properly controlled by multinucleating growth, the incidence of pores can be significantly reduced, and the density can be increased by compression molding, the present inventors actively utilize the advantages of the nanopowder. In order to produce high reliability varistors, varistor specimens were prepared using zinc oxide powder having a size of 100 nm or less, and these nanopowder varistors were confirmed to have excellent electrical characteristics compared with conventional micropowder varistors. Complete the invention It was.
또한, 본 발명은 0nm을 초과하며 100nm 이하의 평균입자크기를 갖는 나노파워더의 산화아연으로 이루어진 산화아연 나노파우더 바리스터를 이용하여 제조되는 전기 소자를 제공한다.The present invention also provides an electrical device manufactured using a zinc oxide nanopowder varistor consisting of zinc oxide of nanopowders having an average particle size of more than 0 nm and less than 100 nm.
상술한 바와 같은 산화아연 나노파우더를 이용함으로써 바리스터의 전기적 특성이 향상됨으로써 전기적 특성이 향상된 다양한 전기 소자의 제공이 가능한 점이 본 발명이 특징이 될 수 있다. The present invention may be characterized in that the electrical characteristics of the varistors are improved by using the zinc oxide nanopowder as described above, thereby providing various electrical devices having improved electrical characteristics.
본 발명에 따라 제공될 수 있는 전기 소자는 1. IC, FET등의 보호 소자, 2. 송수신기, 자동 제어기기 등의 보호 소자, 3. 변압기, 개폐기 등의 보호 소자, 4. 가공 송, 배전 선로의 보호용 소자, 5. 지중 송배전 선로의 보호용 소자 (SVL: Surge Voltage Limiter), 6. 각종 피뢰기 소자 등을 예로 들 수 있다. The electric elements that can be provided according to the present invention are: 1. protection elements such as ICs, FETs, 2. protection elements such as transceivers, automatic controllers, 3. protection elements such as transformers, switchgear, 4. overhead transmission, distribution lines Examples of protection devices include: 5. Protection elements for underground transmission and distribution lines (SVL: surge voltage limiter), 6. Various lightning arrestor elements, and the like.
이하 본 발명에 따른 산화아연 나노파우더 바리스터 및 그 제조방법을 실시예를 통하여 상세하게 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a zinc oxide nano powder varistor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to Examples. The following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
<실시예 1> <Example 1>
시편의 제조Manufacture of Specimen
1.1 상 분석1.1 Phase Analysis
나노파우더 산화아연 바리스터 시편을 제조하기에 앞서 마이크로파우더와 나노파우더의 결정입자를 비교 검토하기 위해 FE-SEM 장비를 이용하여 상 분석을 실시하였다. 도 1에 나타난 바와 같이 나노파우더(우측)는 막대 모양으로 평균 100nm 이하의 크기임을 알 수 있으며, 마이크로파우더(좌측)는 보다 둥근 모양으로 300nm(0.3㎛) 정도의 크기임을 알 수 있다.Before preparing nanopowder zinc oxide varistor specimens, phase analysis was performed using FE-SEM equipment to compare and examine the crystal grains of the micropowder and the nanopowder. As shown in FIG. 1, the nanopowder (right) has a rod shape and an average size of 100 nm or less, and the micropowder (left) has a rounder shape and is about 300 nm (0.3 μm) in size.
1.2 소성(calcination) 온도 선정1.2 Calcination Temperature Selection
나노파우더 제조공정은 일반적으로 마이크로파우더의 제조공정 순서에 따라 진행되었다. 시료는 전자 천칭을 사용하여 10-4g 까지 측량한 후, 유기 용기에 넣고 증류수를 분산매로 하여 24시간 동아 볼-밀링(ball-milling) 하였다. 이렇게 혼합된 시료에서 분산매를 제거하기 위해 마이크로파우더와 동일한 조건하에서 건 조 오븐(dry oven)을 이용하여 80??에서 48시간이 걸렸다. 이러한 현상은 나노파우더의 입자크기가 작으므로 쉽게 증발이 일어나지 않기 때문이라고 사료된다. 나노파우더 시료의 소성 조건을 선정하기 위해 열분석 실험을 하였다. 도 2는 소성 전에 열분석을 한 결과이며, 도 3은 소성 이후 온도에 따른 열분석 결과이다. 도 2의 소성 전의 TGA 곡선을 살펴보면, 약 75℃까지 질량이 감소하고 다시 약 900℃ 정도까지는 상승하고 있다.The nanopowder manufacturing process was generally performed according to the manufacturing process of the micropowder. The sample was weighed to 10 -4 g using an electronic balance, and then placed in an organic container and ball-milled for 24 hours using distilled water as a dispersion medium. In order to remove the dispersion medium from the mixed sample it took 48 hours at 80 ° using a dry oven under the same conditions as the micropowder. This phenomenon is thought to be because evaporation does not occur easily because the particle size of nano powder is small. Thermal analysis experiments were conducted to select firing conditions for the nanopowder samples. 2 is a result of thermal analysis before firing, Figure 3 is a result of thermal analysis according to the temperature after firing. Looking at the TGA curve before the firing of Figure 2, the mass is reduced to about 75 ℃ and rises to about 900 ℃ again.
이 결과를 토대로 본 실험에서는 완전히 탈수가 일어나고 소결 중 질량의 변화를 최소화하기 위해 소성 조건을 450-600??에서 10분 내지 5시간 동안 실시하였다.Based on these results, the firing conditions were carried out at 450-600 ° for 10 minutes to 5 hours to completely dehydrate and minimize the change of mass during sintering.
다음으로 시브 셰이커(sieve shaker) 325 매쉬를 이용하여 체가름(sieving)함으로서 입도를 균일하게 하였다. 이 분말을 온도에 따라 열 분석한 결과가 도 3이며, 도 2에서와 같은 많은 질량의 변화는 보이지 않았다.Next, the sieve was sieved using a sieve shaker 325 mesh to make the particle size uniform. The powder was thermally analyzed according to temperature as shown in FIG. 3, and no mass change was observed as in FIG. 2.
1.3 소결(Sintering)온도 선정1.3 Selecting Sintering Temperature
체가름 한 분말에 폴리비닐알콜(PVA) 1wt%를 넣고 다시 시브 셰이커 325 메쉬를 이용하여 체가름한 뒤 지름이 15mm인 원통형 금형에 넣고 500kg/cm2의 압력으로 성형하였다. 성형된 시편은 전기로를 통해 도 4에 나타낸 온도와 시간의 조건으로 소결하였다. 소결은 700 내지 1100℃에서 3시간 이하의 시간 동안 이루어졌다.1 wt% of polyvinyl alcohol (PVA) was added to the sieved powder, sieved again using a sieve shaker 325 mesh, and then put into a cylindrical mold having a diameter of 15 mm, and molded at a pressure of 500 kg / cm 2 . The molded specimen was sintered through an electric furnace under the conditions of temperature and time shown in FIG. 4. Sintering was carried out at 700 to 1100 ° C. for up to 3 hours.
고상 확산에서 확산 깊이는 픽스의 확산 법칙에 의해 시간과 온도에 의해 지배된다. 또한, 반응속도는 반응고체상 사이의 접촉면 또는 접촉점의 크기에 의해 지배된다. 즉, 표면적이 체적에 비해서 큰 분말은 반응속도가 빠르게 된다. 그러므로 상용 세라믹 소결온도 1300℃보다 낮은 온도에서 소결하였다.In solid phase diffusion, the depth of diffusion is governed by time and temperature by the diffusion law of fix. The rate of reaction is also governed by the size of the contact surface or contact point between the reaction solid phases. That is, the powder having a large surface area compared to the volume has a high reaction rate. Therefore, the sintering was performed at a temperature lower than the commercial ceramic sintering temperature of 1300 ℃.
또한 낮은 온도에서 소성이 가능하게 됨으로써 본 발명에 따른 산화아연 바리스터는 전극재료서 비교적 저가인 은을 사용할 수 있는 장점을 가진다.In addition, since the firing is possible at a low temperature, the zinc oxide varistor according to the present invention has an advantage of using silver which is relatively inexpensive as an electrode material.
1.4 전극 부착1.4 Electrode Attachment
소결 후에는 시편의 지름과 두께를 각각 9.59mm, 1.10mm로 연마하였다. 연 마된 시편위에 열증착기(thermal evaporator)를 사용하여 전극을 부착하였다. 이때, 전극의 재료는 은(Ag)을 사용하였으며, 초기 압력을 1.5 x 10-5 Torr로 하고, 작업 압력은 2.5 x 10-5 Torr로 하였다. 그리고 증착시에 전극과 시편의 접촉면이 오옴 특성을 갖도록 하기 위해 증착 면의 온도를 180??로 유지하였다.After sintering, the diameter and thickness of the specimen were polished to 9.59 mm and 1.10 mm, respectively. Electrodes were attached to the polished specimens using a thermal evaporator. In this case, silver (Ag) was used as the material of the electrode, and the initial pressure was 1.5 x 10 -5 Torr, and the working pressure was 2.5 x 10 -5 Torr. The temperature of the deposition surface was maintained at 180 ° so that the contact surface between the electrode and the specimen had ohmic characteristics during deposition.
<실시예 2> <Example 2>
2.1 V-I 특성 측정2.1 V-I Characteristic Measurement
SiO2 첨가량이 0몰%인 시편의 E-J 특성 곡선을 도 5에 나타내었다. 동작전압이 8,000V/cm 이상으로 매우 높게 나타났으며, 비선형 특성 또한 매우 우수함을 알 수 있었다.An EJ characteristic curve of the specimen having SiO 2 addition amount of 0 mol% is shown in FIG. 5. The operating voltage was very high above 8,000V / cm, and the nonlinear characteristics were also very good.
2.2 동작전압 V2.2 Operating Voltage V 1mA1 mA 특성 비교 Property comparison
도 6은 동작전압을 비교하기 위한 곡선이다. 시편 중 특성이 가장 우수한 SiO2 첨가량이 3몰%인 마이크로파우더 시편의 동작전압 3,300V/cm 보다 약 3배 정도의 높은 전압인 8,700V/cm로 나타났다. 이러한 특성은 분말의 치밀도가 매우 놓아 결정립 입자(Grain)의 성장이 소결 과정에서 억제된 것으로 생각된다.6 is a curve for comparing the operating voltage. Among the specimens, the most favorable SiO 2 addition amount was 8,700V / cm, which is about 3 times higher than the operating voltage of 3,300V / cm of the micropowder specimen with 3 mol%. This property is considered to have a very high density of the powder, so that the growth of grain is suppressed during the sintering process.
2.3 누설전류(I2.3 Leakage current (I ℓℓ ) 및 비선형계수(α) 특성 비교) And nonlinear coefficient (α) characteristics
산화아연 바리스터의 열화특성은 누설전류(Iℓ)의 영향을 크게 받는다.The deterioration characteristics of the zinc oxide varistor are greatly influenced by the leakage current I 1 .
SVL등 전력계통 보호기기에 사용되고 있는 산화아연 바리스터의 운전전압(상시 과전전압)은 동작전압 V1mA이하의 전압에서 설정하여 사용하므로 이 운전전압에서의 전류 값이 Iℓ이 된다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 나노파우더의 경우 동작전압의 60%인 약 5,000V/cm 그리고 마이크로파우더의 경우 동작전압의 60%인 약 2,000V/cm를 각각 운전전압으로 가정하면 Iℓ는 각각 5ㅧ10-7A/cm2, 1.15ㅧ10-6A/cm2가 된다.The operating voltage (normally overvoltage) of the zinc oxide varistors used in power system protection devices such as SVL is set at a voltage less than the operating voltage V 1mA, so the current value at this operating voltage becomes I ℓ . If each home with a driving voltage of about 2,000V / cm of 60% of the operating voltage for the operation nano about 5,000V / cm and micro-powder 60% of the voltage when the powder as can be seen in Figure 7 I ℓ are each 5 ㅧ 10 -7 A / cm 2 , 1.15 ㅧ 10 -6 A / cm 2 .
또한, 비선형계수(α)는 관계식에 의해 계산된다. SiO2 첨가량이 3몰%인 마이크로파우더 시편의 α값은 약 25정도였으며, 나노파우더의 α값은 약 40정도로 계산되었다.Also, the nonlinear coefficient α is calculated by the relational expression. The α value of the micropowder specimen containing 3 mol% of SiO 2 was about 25, and the α value of the nanopowder was about 40.
이러한 누설전류 Iℓ 값과 비선형계수 α값은 매우 만족할 만한 수치이다.The leakage current I 1 value and the nonlinear coefficient α value are very satisfactory values.
<실시예 3> <Example 3>
미세구조 특성 비교Microstructure Characteristic Comparison
도 9는 바리스터의 미세구조를 관찰하기 위해서 시편의 파단면을 찍은 SEM 사진이다. 도 9a에서 나노파우더 소자 시편의 평균 결정립 입자 크기는 약 4㎛ 정도임을 알 수 있으며, 도 9b, 도 9c에서 SiO2 첨가량 3몰% 시편과 상용 시편의 경우는 9㎛ 정도로서 약 3배의 크기임을 알 수 있다. 이러한 입자크기는 동작전압과의 상관성을 잘 설명해준다.9 is a SEM photograph of the fracture surface of the specimen in order to observe the microstructure of the varistor. It can be seen that the average grain size of the nanopowder device specimens in FIG. 9A is about 4 μm. In FIG. 9B and FIG. 9C, 3 mol% of the SiO 2 addition sample and the commercial specimen are about 9 μm, which is about 3 times the size. Able to know. This particle size explains the correlation with the operating voltage.
또한, 나노파우더 소자의 경우 입자의 결정성이 뚜렷해 보이며, 기공은 현저 히 적게 나타남을 관찰할 수 있다. 이러한 치밀성은 누설전류 특성이나 비선형계수 특성과의 상관성을 보여준다.In addition, in the case of the nano-powder device, the crystallinity of the particles seems to be apparent, it can be observed that markedly less pores. This density shows correlation with leakage current characteristics and nonlinear coefficient characteristics.
본 발명에서와 같이, 산화아연 나노파우더를 사용하여 제조된 바리스터는 입자 크기가 균질하고 기공의 발생율이 현저히 감소되어 치밀도가 높다. 또한, 마이크로파우더 바리스터와 비교하여 누설전류가 1/2 수준이고, 비선형계수값이 월등히 높다는 특성을 갖고 있다. 또한, 동작전압이 마이크로파우더 바리스터와 비교하여 3배 정도 높기 때문에 두께를 1/3로 줄일 수 있어 사용원료의 양이 1/3으로 감소한다는 이점이 있다. 따라서 부품의 소형 경량화의 요구와 신뢰성 요구에 크게 기여할 것으로 판단된다.As in the present invention, the varistor manufactured using the zinc oxide nanopowder has a high density because the particle size is uniform and the incidence of pores is significantly reduced. In addition, compared with the micropowder varistor, the leakage current is 1/2, and the nonlinear coefficient value is extremely high. In addition, since the operating voltage is about three times higher than that of the micropowder varistor, the thickness can be reduced to 1/3, thereby reducing the amount of raw material to 1/3. Therefore, it is expected to greatly contribute to the demand for small size and light weight of components and reliability.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20040091534 | 2004-11-10 | ||
| KR1020040091534 | 2004-11-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060044462A true KR20060044462A (en) | 2006-05-16 |
Family
ID=37149124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050023029A KR20060044462A (en) | 2004-11-10 | 2005-03-21 | Zinc oxide nano powder varistors and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060044462A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100157492A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-06-24 | General Electric Company | Electronic device and associated method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5699035A (en) * | 1991-12-13 | 1997-12-16 | Symetrix Corporation | ZnO thin-film varistors and method of making the same |
| KR20010022821A (en) * | 1997-08-13 | 2001-03-26 | 미셀 드 브룩스 | Varistors based on nanocrystalline powders produced by mechanical grinding |
| US6228904B1 (en) * | 1996-09-03 | 2001-05-08 | Nanomaterials Research Corporation | Nanostructured fillers and carriers |
-
2005
- 2005-03-21 KR KR1020050023029A patent/KR20060044462A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5699035A (en) * | 1991-12-13 | 1997-12-16 | Symetrix Corporation | ZnO thin-film varistors and method of making the same |
| US6228904B1 (en) * | 1996-09-03 | 2001-05-08 | Nanomaterials Research Corporation | Nanostructured fillers and carriers |
| KR20010022821A (en) * | 1997-08-13 | 2001-03-26 | 미셀 드 브룩스 | Varistors based on nanocrystalline powders produced by mechanical grinding |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100157492A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-06-24 | General Electric Company | Electronic device and associated method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0028885B1 (en) | An electrically conducting cermet, its production and use | |
| EP2124233B1 (en) | Zno varistor powder | |
| JP2001516142A (en) | Nanocrystallite powder based varistor formed by mechanical grinding | |
| US8535575B2 (en) | Current-voltage non-linear resistor and method of manufacture thereof | |
| Hennings et al. | Grain Size Control in Low‐Voltage Varistors | |
| Quang et al. | Electrical and microstructural characteristics of ZnO–Bi2O3-based varistors doped with rare-earth oxides | |
| Yang et al. | Electrical properties and thermal sensitivity of Ti/Y modified CuO-based ceramic thermistors | |
| CN1093979C (en) | Pressure sensitive nonlinear resistor, method for producing pressure sensitive nonlinear resistor and lighting arrester | |
| EP2818451B1 (en) | Voltage nonlinear resistor | |
| Nahm | Nonlinear behavior of Tb4O7-modified ZnO-Pr6O11-based ceramics with high breakdown field | |
| KR20060044462A (en) | Zinc oxide nano powder varistors and manufacturing method thereof | |
| WO2019106994A1 (en) | Ceramic member | |
| Puyané et al. | High performance varistor discs obtained from chemically synthesized doped zinc oxide powder | |
| US11370712B2 (en) | Zinc oxide varistor and method for manufacturing same | |
| Liu et al. | Microstructure and electrical properties of Y2O3-doped ZnO-based varistor ceramics prepared by high-energy ball milling | |
| Yang et al. | Effect of Doped Sb 2 O 3 on the Electrical Properties of TiO 2-Based Ceramics with the Dual Function of a Varistor–Capacitor | |
| Kharchouche et al. | MICROSTRUCTURE AND ELECTRICAL PROPERTIES OF CACO3-DOPED ZNO–(BI2O3, SB2O3) BASED VARISTOR CERAMICS | |
| Gromov et al. | Preparation of high-voltage ZnO varistor ceramics | |
| KR950007948B1 (en) | Varister | |
| JP3198216B2 (en) | Voltage nonlinear resistor and method of manufacturing the same | |
| JP6937390B2 (en) | Materials for current-voltage non-linear resistors, current-voltage non-linear resistors and their manufacturing methods | |
| Wang et al. | Electrical Property Improvements of Multiple Dopant ZnO/Bi2O3 Varistor By Liquid Phase Method | |
| Alharthi et al. | Investigation The Effect of Particle Size and Annealing on the Performance of Nano/Micro Sized ZnO-Based Varistors | |
| CN116936207A (en) | Zinc oxide piezoresistor medium with high potential gradient and high nonlinear coefficient and preparation method thereof | |
| Aningratri et al. | Synthesis of NTC thermistors with screen printing method from natural yarosite minerals |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |