CH626469A5 - Method for fabricating a zinc oxide varistor having reduced voltage drift - Google Patents

Method for fabricating a zinc oxide varistor having reduced voltage drift Download PDF

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CH626469A5
CH626469A5 CH839578A CH839578A CH626469A5 CH 626469 A5 CH626469 A5 CH 626469A5 CH 839578 A CH839578 A CH 839578A CH 839578 A CH839578 A CH 839578A CH 626469 A5 CH626469 A5 CH 626469A5
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oxide
varistor
zinc oxide
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varistors
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Application number
CH839578A
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James Stanley Kresge
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Gen Electric
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/105Varistor cores
    • H01C7/108Metal oxide
    • H01C7/112ZnO type

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zinkoxid-Varistors mit einer verminderten Spannungsdrift und guter Leckstromfestigkeit bei hoher Alterung. The invention relates to a method for producing a zinc oxide varistor with a reduced voltage drift and good leakage current resistance with high aging.

Zinkoxid-Varistoren finden zunehmende Anwendung anstelle von Siliciumcarbidelementen zum Schutz gegen Stoss-spannungen. Siliciumcarbidelemente erfordern jedoch in Reihe geschaltete Funkenstrecken (im Englischen «voltage gaps» genannt), um zu vermeiden, dass das Siliciumcarbid während einer Spannungsüberlastung zerstört wird. Bei Verwendung von Zinkoxid-Elementen ist es theoretisch möglich, anstelle des Siliciumcarbidelementes die Zinkoxid-Widerstandselemente ohne eine solche in Reihe geschaltete Funkenstrecke einzusetzen. Derzeit hat sich jedoch der Einsatz von Zinkoxid-Varisto-ren ohne Überschlagsstrecken nicht als ausführbar erwiesen, da im Zinkoxid-Varistor unter dem Einfluss eines andauernden Wechselstrompotentials eine Veränderung der elektrischen Charakteristiken auftritt. Bei kontinuierlicher Anwendung einer Wechselspannung auf den Zinkoxid-Varistor nimmt der Leckstrom durch das Zinkoxid mit der Zeit zu. Diese Zunahme des Leckstromes durch den Zinkoxid-Varistor über einen relativ geringen Wert hinaus kann zu einem Versagen der Varistorscheibe bei normalen Betriebsspannungen durch den Mechanismus des thermischen Durchgehens (im Englischen «Thermal runaway» genannt) führen. Zinc oxide varistors are increasingly being used instead of silicon carbide elements to protect against surge voltages. Silicon carbide elements, however, require series-connected spark gaps (so-called «voltage gaps») to avoid that the silicon carbide is destroyed during a voltage overload. When using zinc oxide elements, it is theoretically possible to use the zinc oxide resistance elements instead of the silicon carbide element without such a spark gap connected in series. At the moment, however, the use of zinc oxide varistors without flashovers has not proven to be feasible, since a change in the electrical characteristics occurs in the zinc oxide varistor under the influence of a constant alternating current potential. When AC voltage is continuously applied to the zinc oxide varistor, the leakage current through the zinc oxide increases over time. This increase in leakage current through the zinc oxide varistor beyond a relatively small value can lead to failure of the varistor disc at normal operating voltages due to the thermal runaway mechanism (called "thermal runaway").

Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung wird die Zunahme des Leckstromes im Varistor unter dem Einfluss der Wechselspannung als «Spannungsdrift» bezeichnet. For the purposes of the present application, the increase in the leakage current in the varistor under the influence of the AC voltage is referred to as “voltage drift”.

In der US-PS 3 928 245 ist ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Zinkoxid-Varistors mit verminderter Spannungsdrift beschrieben. Es wird angenommen, dass die Verbesserung dem Zusatz der Oxide des Bariums und Bors zu der Grundzusammensetzung aus Zinkoxid und Wismutoxid, die auch Siliciumdioxid enthält, zuzuschreiben ist. Varistoren, die jnter Einsatz der. vorbeschriebenen Oxidzusätze hergestellt ivurden, zeigten recht stabile Leckstromwerte bis zu einer Betriebsdauer von 200 Stunden, bevor der Leckstrom unter iem Einfluss der kontinuierlich angelegten Wechselspannung zuzunehmen begann. US Pat. No. 3,928,245 describes a method for producing an improved zinc oxide varistor with reduced voltage drift. The improvement is believed to be due to the addition of barium and boron oxides to the basic zinc oxide and bismuth oxide composition, which also contains silicon dioxide. Varistors used in the. The above-described oxide additives were produced, showed quite stable leakage current values up to an operating time of 200 hours before the leakage current began to increase under the influence of the continuously applied AC voltage.

In der US-PS 4 046 847 ist ein Verfahren für die weitere Verbesserung der Leckstromstabilität von Zinkoxid-Varistoren bis zu etwa 900 Stunden offenbart, bevor der Varistor-Leckstrom zuzunehmen beginnt. Bei diesem Verfahren wird der gesinterte Zinkoxid-Varistor unmittelbar nach dem Sintern durch Abkühlen auf eine Temperatur unterhalb von 400 °C, Wiedererhitzen auf maximal 700 °C, Wiederabkühlen des Varistors auf 400 °C und Wiederholen des Wiedererhitzens und Abkühlens behandelt. US Pat. No. 4,046,847 discloses a method for further improving the leakage current stability of zinc oxide varistors up to about 900 hours before the varistor leakage current begins to increase. In this method, the sintered zinc oxide varistor is treated immediately after sintering by cooling to a temperature below 400 ° C, reheating to a maximum of 700 ° C, re-cooling the varistor to 400 ° C, and repeating the reheating and cooling.

Es wurde festgestellt, dass Zinkoxyd-Varistoren für eine längere Zeit stabil gemacht werden können, ohne dass eine Notwendigkeit für das wiederholte Erhitzen und Abkühlen besteht, wenn die Zeit und die Temperatur für eine besondere Varistor-Zusammensetzung und -Konfiguration sorgfältig ausgewählt werden. Es wurde auch festgestellt, dass die maximal wirksame Temperatur in der Grössenordnung von 800 und nicht von 700 °C liegt. It has been found that zinc oxide varistors can be made stable for an extended period of time without the need for repeated heating and cooling if the time and temperature are carefully selected for a particular varistor composition and configuration. It was also found that the maximum effective temperature is on the order of 800 and not 700 ° C.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Zinkoxid-Varistoren mit lange anhaltenden stabilen Betriebscha-rakteristika herzustellen, indem man die Varistoren relativ unempfindlich gegenüber den Wirkungen der Wechselspannungsdrift macht. It is therefore an object of the present invention to produce zinc oxide varistors with long-lasting stable operating characteristics by making the varistors relatively insensitive to the effects of AC drift.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Verfahrensanspruchs angegebene Erfindung gelöst. The object is achieved by the invention specified in the characterizing part of the first method claim.

Nach der vorliegenden Erfindung werden Zinkoxid-Varistoren, die geringe Mengen von Barium, Bor und Silicium enthalten, für ein bis zehn Stunden in Luft eine Temperatur von 580 bis 780 °C erhitzt und danach langsam auf Zimmertemperatur abgekühlt. According to the present invention, zinc oxide varistors, which contain small amounts of barium, boron and silicon, are heated to a temperature of 580 to 780 ° C. in air for one to ten hours and then slowly cooled to room temperature.

Die Erfindung beruht in einem Verfahren zum thermischen Behandeln gesinterter Zinkoxid-Varistoren, um irgendwelche Restspannungen möglichst zu beseitigen, die während des.Sin-terns aufgetreten sein können. Es wird angenommen, dass die nach dem Sintern in der Zinkoxid-Struktur verbleibenden Spannungen teilweise für die Erscheinung der Spannungsdrift verantwortlich sind. Es wurde eine Reihe von Glühschemen durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Zeiten für das Erhitzen und Abkühlen optimalisiert werden konnten, um die Wirkungen der Wechselspannungsdrift für eine längere Betriebsdauer zu vermindern. Für Kontrollzwecke wurde eine Vielzahl von Heizstufen auf spezifische Temperaturen und Zeitdauern mit und ohne Wiedererhitzen und Wiederabkühlen ausgeführt, um zu bestimmen, zu welchem Ausmasse das Wiedererhitzen und Wiederabkühlen bei dem Glühen erforderlich ist. The invention is based on a method for the thermal treatment of sintered zinc oxide varistors in order to eliminate any residual stresses that may have occurred during sintering. It is believed that the stresses remaining in the zinc oxide structure after sintering are partially responsible for the appearance of the stress drift. A series of glow schemes were performed to determine if the heating and cooling times could be optimized to reduce the effects of the AC drift for an extended period of operation. For control purposes, a variety of heating steps have been performed to specific temperatures and durations with and without reheating and cooling to determine the extent to which the reheating and cooling is required for the annealing.

Es wurde dabei festgestellt, dass das Wiedererhitzen und Wiederabkühlen der gesinterten Zinkoxid-Varistoren für mehrere Male auf bzw. von hohen Temperaturen für die Wechselspannungsbeständigkeit nicht wesentlich ist Es wurde auch festgestellt, dass eine wirksame thermische Behandlung zur Erzielung einer verbesserten Wechselspannungsstabilität darin besteht, dass man Temperaturen von bis zu 780 °C benutzt, während bisher 700 °C für die obere Grenze angesehen wurden. It was found that reheating and re-cooling the sintered zinc oxide varistors for several times at or from high temperatures was not essential for the AC voltage resistance. It was also found that an effective thermal treatment to achieve improved AC voltage stability was that Temperatures of up to 780 ° C were used, whereas 700 ° C was previously considered for the upper limit.

In der Zeichnung zeigen: The drawing shows:

Figur 1 eine perspektivische Schnittansicht eines Zinkoxid-Varistors nach der vorliegenden Erfindung und Figure 1 is a perspective sectional view of a zinc oxide varistor according to the present invention and

Figur 2 eine graphische Veranschaulichung der Varistorverluste in Watt als Funktion der Zeit in einem temperaturbeschleunigten Alterungstest bei einer 60-Hz-Wechselspannung für Varistoren nach der vorliegenden Erfindung. FIG. 2 is a graphical illustration of the varistor losses in watts as a function of time in a temperature-accelerated aging test with a 60 Hz alternating voltage for varistors according to the present invention.

In Figur 1 ist ein Zinkoxid-Varistor 10 nach der vorliegenden Erfindung abgebildet. Dieser Varistor 10 hat die Form einer kreisförmigen Scheibe mit einer Hauptabmessung, die bei der Ausführungsform 10 der Figur 1 als der Radius 13 und eine untergeordnete Abmessung, die bei der Ausführungsform 10 der Figur 1 als die Dicke 14 defiftiert ist. Es können Zinkoxid-Varistoren selbstverständlich auch in anderen Konfigurationen hergestellt werden wie als Zylinder, wobei dann die Länge des Zylinders gleich oder grösser sein kann als der Radius. Auf die gegenüberliegenden Oberflächen der Scheibe 10 ist ein Paar 1 shows a zinc oxide varistor 10 according to the present invention. This varistor 10 has the shape of a circular disk with a main dimension, which is defined as the radius 13 in the embodiment 10 of FIG. 1 and a subordinate dimension which is defined as the thickness 14 in the embodiment 10 of FIG. Zinc oxide varistors can of course also be manufactured in other configurations than as a cylinder, in which case the length of the cylinder can be equal to or greater than the radius. On the opposite surfaces of the disc 10 is a pair

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von Elektroden 12 aufgebracht und auf dem äusseren Umfang der Scheibe 10 befindet sich ein isolierender Überzug 15. Die gesinterte Zinkoxid-Zusammensetzung 11 wurde folgender-massen erhalten: applied by electrodes 12 and there is an insulating coating 15 on the outer circumference of the disk 10. The sintered zinc oxide composition 11 was obtained as follows:

Durch Vermischen der Bestandteile stellte man 22,6 kg eines Pulvers her, das 95,7% Zinkoxid, 0,5% je von Wismuttri-oxid, Kobalttrioxid, Mangandioxid und Chromoxid, 1 % Nickeloxid, 0,1 % je von Bariumkarbonat, Boroxid und Siliciumdioxid und 0,003% Aluminiumnitrat enthielt. Das Pulver wurde dann zu einzelnen Scheiben 10 gepresst, die nach dem Sintern einen Radius 13 von 3,45 cm und eine Dicke 14 von 2,25 cm aufwiesen. Das Gewicht der Scheiben lag jeweils im Bereich von 550 bis 575 Gramm. By mixing the components, 22.6 kg of a powder was produced, the 95.7% zinc oxide, 0.5% each of bismuth tri-oxide, cobalt trioxide, manganese dioxide and chromium oxide, 1% nickel oxide, 0.1% each of barium carbonate, boron oxide and contained silica and 0.003% aluminum nitrate. The powder was then pressed into individual disks 10 which, after sintering, had a radius 13 of 3.45 cm and a thickness 14 of 2.25 cm. The weight of the discs was in the range of 550 to 575 grams.

Nach dem Pressen wurde jede der Scheiben für fünf Stunden in Luft bei etwa 1250 °C gesintert und ergab einen kompakten Varistorkörper, der danach langsam mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 °C pro Stunde abgekühlt wurde. Nach dem Sintern brachte man die Elektroden 12 und das Isolationsmaterial 15 auf die Scheibe 10 auf. Während des Sinterns änderten sich die Abmessungen der Scheibe gegenüber denen des Presslings. After pressing, each of the disks was sintered in air at about 1250 ° C for five hours to give a compact varistor body which was then slowly cooled at a rate of about 100 ° C per hour. After sintering, the electrodes 12 and the insulation material 15 were applied to the disk 10. During the sintering, the dimensions of the disc changed compared to those of the compact.

Zinkoxid-Varistoren haben vorschiedene Anwendungen je nach den Leistungsanforderungen. Die Geometrie der Vari-storkonfiguration kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung beträchtlich variieren. Für die Stabilität als Über-spannungsableiter ist die kritische Abmessung die untergeordnete Abmessung, zum Beispiel die Dicke, wenn der Überspannungsabieiter scheibenförmig ausgebildet ist. Ist der Zinkoxid-Varistor dagegen ein langer Zylinder und somit die Zylinderlänge die Hauptabmessung und sein Radius die untergeordnete Abmessung, dann hat der Radius als untergeordnete Abmessung eine grössere Auswirkung auf die Varistorstabilität als die Länge. Die Ergebnisse der besprochenen Glühbehandlung treffen für Scheiben mit einem Radius von 3,45 cm und einer Dicke von 2,25 cm zu und sind nicht notwendigerweise direkt auf Scheiben mit anderen Abmessungen anwendbar. Zinc oxide varistors have different applications depending on the performance requirements. The geometry of the variator configuration can vary significantly depending on the application. For stability as a surge arrester, the critical dimension is the subordinate dimension, for example the thickness, if the surge arrester is disc-shaped. If, on the other hand, the zinc oxide varistor is a long cylinder and therefore the cylinder length is the main dimension and its radius is the subordinate dimension, then the radius as the subordinate dimension has a greater effect on the varistor stability than the length. The results of the annealing treatment discussed apply to discs with a radius of 3.45 cm and a thickness of 2.25 cm and are not necessarily directly applicable to discs with other dimensions.

Da die nach dem Sintern im Varistorkörper verbleibende Spannung möglicherweise die Anfälligkeit des Varistors für eine Wechselspannungsdrift beeinflusst, wurden die Varistoren, um sie beständiger gegenüber solchen Spannungsdriftwirkungen zu machen, in Luft für Zeiten auf Temperaturen erhitzt, die ausreichten, die Restspannungen zu beseitigen. Danach kühlte man die Varistoren langsam von ihren Glühtemperaturen auf Zimmertemperatur ab, um das Wiederauftreten von Spannungen durch thermische Auswirkungen zu vermeiden. Since the voltage remaining in the varistor body after sintering may influence the susceptibility of the varistor to AC voltage drift, in order to make it more resistant to such voltage drift effects, the varistors were heated in air for times sufficient to remove the residual voltages. The varistors were then slowly cooled from their annealing temperatures to room temperature in order to avoid the recurrence of voltages due to thermal effects.

Die Spannungsdrift bzw. die Zunahme des Leckstromes während einer bestimmten Zeitdauer unter einer Wechselspannungsbelastung ist temperaturabhängig, und die Drifterscheinung tritt sehr viel rascher bei einer höheren Temperatur auf. Es wurde festgestellt, dass die für eine spezifische Zunahme des Leckstromes unter einer gegebenen Wechselstrombelastung erforderliche Zeit für jeweils etwa 6 °C Temperaturanstieg halbiert wird. Um daher das Verfahren zu beschleunigen und brauchbare Ergebnisse in einer vernünftigen Zeit zu erhalten, wurden die Stabilitätstests bei einer normalen Wechselspannungsanregung unternommen, es wurde jedoch bei einer erhöhten Temperatur von 115 °C anstelle der üblicheren maximalen Betriebstemperatur von etwa 60 °C gearbeitet. The voltage drift or the increase in the leakage current during a certain period of time under an AC voltage load is temperature-dependent, and the drift phenomenon occurs much more quickly at a higher temperature. It was found that the time required for a specific increase in leakage current under a given alternating current load was halved for every 6 ° C. temperature rise. Therefore, in order to speed up the process and obtain useful results in a reasonable time, the stability tests were carried out with normal AC excitation, but the procedure was carried out at an elevated temperature of 115 ° C instead of the more usual maximum operating temperature of about 60 ° C.

Um die Zunahme des Leckstromes während des Anlegens der Wechselspannung festzustellen, wurden die Varistorverluste in Watt anfänglich und in Abständen von 1 bis 500 Stunden während längerer Zeiten gemessen. Der Verlustwert in Watt wurde bestimmt durch Messung des Wattwertes bei Anlegen einer festgelegten Wechselspannung, so dass der Leckstrom durch den Varistor bestimmt werden konnte. Wechselspannungsleistungen in Watt wurden als die anzeigenden Parameter benutzt, um eine Messung zu haben, die in Beziehung steht zum Leckstrom, ohne den Varistor aus der kontinuierlichen In order to determine the increase in the leakage current during the application of the AC voltage, the varistor losses were initially measured in watts and at intervals of 1 to 500 hours over longer periods. The loss value in watts was determined by measuring the wattage value when a specified AC voltage was applied, so that the leakage current through the varistor could be determined. AC power in watts were used as the indicating parameters to have a measurement related to the leakage current without the varistor from the continuous

Wechselspannungsbelastung herausnehmen zu müssen. Nimmt man nämlich den Varistor aus dieser Wechselspannungsbelastung heraus, dann nimmt der Leckstrom ab, und dies könnte zu verwirrenden Ergebnissen führen. Während des Langzeittests der Wirkungen des Glühens auf die Spannungsdrift wurde festgestellt, dass der Grad der Abnahme des anfänglichen Leckstromes, wie er durch den anfänglichen Wattverlustwert bestimmt wird, eine recht gute Anzeige für den Grad war, zu dem der Varistorwattverlustwert bei kontinuierlicher Anwendung einer Wechselspannung für eine festgelegte Varistorzusammensetzung bei einem geringen Wert blieb. AC voltage to have to take out. If you take the varistor out of this alternating voltage load, the leakage current decreases and this could lead to confusing results. During the long-term test of the effects of annealing on the voltage drift, it was found that the degree of decrease in the initial leakage current as determined by the initial watt loss value was a fairly good indication of the degree to which the varistor watt loss value with continuous use of an AC voltage for a fixed varistor composition remained at a low value.

Die thermische Behandlung der Varistoren nach dem Sintern bestand aus einem Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 980 °C für ein bis vier Stunden mit nachfolgendem langsamen Abkühlen der Varistoren auf Zimmertemperatur. Die Figur 2 zeigt die Beziehung zwischen dem tatsächlich gemessenen Wattverlust als Funktion der Zeit bei der erhöhten Temperatur von 115 °C und unter einer Wechselspannungsbelastung für verschiedene Zeitabschnitte und Glühtemperaturen. Die Kurve A zeigt die Zunahme des tatsächlichen Wattverlustes mit der Zeit für Varistoren, die ohne weitere Wärmebehandlung direkt nach dem Sintern getestet wurden. Kurve B zeigt die Beziehung für Varistoren, die eine Stunde in Luft auf 780 °C erhitzt waren, und Kurve C zeigt die Beziehung für Varistoren, die vier Stunden auf 780 °C erhitzt worden waren. Der Unterschied zwischen den Kurven B und C zeigt die Wirkung der Glühzeit auf die Verringerung des tatsächlichen Wattverlustes. Die Kurve D zeigt die Beziehung für Varistoren, die in Luft erhitzt worden waren, wobei man die Temperatur zwischen 400 und 780 °C insgesamt viermal variierte und während jedes Zyklus eine Stunde bei 780 °C hielt. Die Kurve D zeigt einen etwas geringeren Wattverlust und auch eine etwas verminderte Veränderungsgeschwindigkeit des Wattverlustes als die Kurve C. Der Unterschied zwischen den Kurven C und D zeigt eine Grenzverbesserung der Stabilität, die während der Wärmebehandlung durch zyklisches Verändern der Temperatur erzielbar ist. Die Kurve E ergibt die Beziehung für Varistoren, die eine Stunde in Luft auf 580 °C erhitzt worden waren, und die Kurve F die Ergebnisse von Varistoren, die vier Stunden lang auf 580 °C erhitzt worden waren. Die Kurve G ist die Beziehung für die thermische Behandlung bei 580 °C, jedoch mit zyklischem Verändern der Temperatur zwischen 400 und 580 °C für insgesamt viermal, wobei in jedem Zyklus eine Stunde lang die Temperatur von 580 °C beibehalten wurde. Die Ergebnisse der Behandlung bei 580 °C sind in jedem Fall besser als die Ergebnisse der vergleichbaren Behandlung bei 780 °C, wie die verringerten Wattverluste und die langsamere Zunahme des Wattverlustes zeigen. Auch hier ist festzustellen, dass die vierstündige Behandlung sehr viel besser ist als die einstündige Wärmebehandlung, und dass eine Randverbesserung erzielt wird, wenn man eine zyklische Wärmebehandlung vornimmt, die in viermaligem Erhitzen für eine Stunde auf 580 °C mit zwischenzeitlichem Abkühlen auf 400 °C besteht. Die Kurve H gibt die Ergebnisse für Varistoren wieder, die durch zyklisches Erhitzen auf Temperaturen zwischen 400 und 680 °C und jeweiliges Halten für eine Stunde bei 680 °C erhalten wurden. Die durch die Wärmebehandlung bei 680 °C erhaltene Stabilität ist geringer als die bei der thermischen Behandlung bei 580 °C, wie sich aus der grösseren Steilheit der Kurve H mit der Kurve G ergibt, und die Ergebnisse der Kurve H sind etwas weniger stabil als die der Kurve D, mit Wärmebehandlung bei 780 °C. The thermal treatment of the varistors after sintering consisted of heating to a temperature in the range from 400 to 980 ° C. for one to four hours with subsequent slow cooling of the varistors to room temperature. FIG. 2 shows the relationship between the watt loss actually measured as a function of time at the elevated temperature of 115 ° C. and under an AC voltage load for different time periods and annealing temperatures. Curve A shows the increase in actual watt loss over time for varistors that were tested directly after sintering without further heat treatment. Curve B shows the relationship for varistors heated to 780 ° C for one hour in air, and curve C shows the relationship for varistors heated to 780 ° C for four hours. The difference between curves B and C shows the effect of the glow time on reducing the actual wattage loss. Curve D shows the relationship for varistors heated in air, varying the temperature between 400 and 780 ° C a total of four times and holding at 780 ° C for one hour during each cycle. Curve D shows a slightly lower wattage loss and also a slightly lower rate of change in wattage loss than curve C. The difference between curves C and D shows a limit improvement in the stability which can be achieved during the heat treatment by cyclically changing the temperature. Curve E gives the relationship for varistors that had been heated to 580 ° C in air for one hour and curve F the results of varistors that had been heated to 580 ° C for four hours. Curve G is the relationship for the thermal treatment at 580 ° C, but with the temperature changing cyclically between 400 and 580 ° C for a total of four times, maintaining the temperature of 580 ° C for one hour in each cycle. The results of the treatment at 580 ° C are in any case better than the results of the comparable treatment at 780 ° C, as the reduced watt loss and the slower increase in watt loss show. Again, it should be noted that the four-hour treatment is much better than the one-hour heat treatment, and that a marginal improvement can be achieved by performing a cyclical heat treatment that involves heating four times for one hour to 580 ° C with intermediate cooling to 400 ° C consists. Curve H shows the results for varistors, which were obtained by cyclical heating to temperatures between 400 and 680 ° C and respective holding for one hour at 680 ° C. The stability obtained by the heat treatment at 680 ° C is lower than that of the thermal treatment at 580 ° C, as can be seen from the greater steepness of curve H with curve G, and the results of curve H are somewhat less stable than that curve D, with heat treatment at 780 ° C.

Die Kurve I zeigt die Ergebnisse der Wärmebehandlung von Varistoren, die zyklisch zwischen 400 und 880 °C erhitzt wurden, wobei man sie jeweils für eine Stunde bei 880 °C hielt. Die Wärmebehandlung bei 880 °C erweist sich als im wesentlichen unwirksam, wie sich aus dem anfänglichen hohen Wattverlust und der raschen Zunahme des Wattverlustes mit der Curve I shows the results of the heat treatment of varistors which were cyclically heated between 400 and 880 ° C, each being kept at 880 ° C for one hour. The heat treatment at 880 ° C proves to be essentially ineffective, as can be seen from the initial high watt loss and the rapid increase in watt loss with the

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Zeit ergibt. wesentlichen unwirksam ist. Um wirksam zu sein, sollte der Time. is essentially ineffective. To be effective, the

Es wurden weiter Scheiben durch thermisches Behandeln Varistor bei der Glühtemperatur für mehr als eine Stunde zwischen 400 und 980 °C hergestellt, deren Ergebnisse zwar in gehalten werden, wobei vier Stunden sehr zufriedenstellende der Figur 2 nicht gezeigt sind, die aber nicht besser waren als Ergebnisse liefern. Vorherige Tests haben gezeigt, dass ein GIü-die bei 880 °C erhaltenen Ergebnisse. 5 hen für eine Dauer von mehr als etwa zehn Stunden keine Further discs were produced by thermal treatment of varistor at the annealing temperature for more than one hour between 400 and 980 ° C., the results of which are kept in, four hours of which are very satisfactory not shown in FIG. 2, but which were not better than results deliver. Previous tests have shown that a GIü results obtained at 880 ° C. 5 none for a period of more than about ten hours

Insgesamt ergibt sich aus den Versuchsergebnissen, dass merkliche Verbesserung ergibt. Overall, the test results show that there is a noticeable improvement.

Varistoren zur Verminderung des anfänglichen Wattverlustes und zur beträchtlichen Verminderung der Zunahme des Watt- Die Varistorzusammensetzung enthielt die Oxide von Bor, Varistors to reduce the initial wattage loss and significantly decrease the wattage increase. The varistor composition contained the oxides of boron,

Verlustes mit der Zeit unter dem Einfluss einer konstanten Barium und Silicium in etwa äquimolaren Mengen. Es ist vor- Loss over time under the influence of a constant barium and silicon in approximately equimolar amounts. It is

Wechselspannungsbelastung bei Glühtemperaturen zwischen io teilhaft, Varistoren mit einem erhöhten Siliciumdioxidgehalt 580 und 780 °C thermisch behandelt werden können. Das zykli- herzustellen. Wie in der US-PS 3 928 245 ausgeführt, sind sehe Behandeln des Varistors bei einer Anzahl von Zyklen bis Zusätze von Boroxid und Bariumoxid erforderlich, um die silici-zur erwünschten Glühtemperatur scheint nur eine Randverbes- umdioxid-dotierten Varistoren mit ausreichend stabilen serung auf die Varistorstabilität zu ergeben, verglichen mit dem Betriebscharakteristika zu versehen. Die vorliegende Erfin-Erhitzen des Varistors auf die Glühtemperatur für äquivalente 15 dung umfasst auch Varistoren, die Gehalte an Silicium-, Barium-Zeitdauer. Obwohl eine deutliche Stabilitätsverbesserung und Boroxid im Bereich von 0,01 bis 10 Molprozent umfassen, AC stress at annealing temperatures between partially, varistors with an increased silicon dioxide content of 580 and 780 ° C can be thermally treated. To manufacture the cyclical. As stated in US Pat. No. 3,928,245, treatment of the varistor is required in a number of cycles until additions of boron oxide and barium oxide are required. In order to achieve the desired annealing temperature, only an edge verbesdioxide-doped varistor with sufficiently stable voltage appears to provide the varistor stability compared to provide the operating characteristics. The present inven heating of the varistor to the annealing temperature for equivalent 15 also includes varistors, the contents of silicon, barium time. Although a significant improvement in stability and boron oxide range from 0.01 to 10 mole percent,

durch Erhitzen auf 780 oder 680 °C erzielt wird, erhält man eine Der Grad der thermischen Behandlung kann zu einem gewis-noch grössere Verbesserung durch Erhitzen auf 580 °C. Die sen Masse von der untergeordneten Abmessung des Variators Ergebnisse zeigen, dass ein Glühen bei 880 °C oder darüber im abhängen. Die nach der vorliegenden Erfindung erhaltenen wesentlichen unwirksam ist, und vorhergehende Tests haben 20 Varistoren sind neben dem Stossspannungsschutz auch für gezeigt, dass ein Glühen bei 480 °C oder darunter ebenfalls im andere Anwendungszwecke brauchbar. is achieved by heating to 780 or 680 ° C, one obtains a. The degree of thermal treatment can to a certain greater improvement by heating to 580 ° C. This mass from the subordinate dimension of the variator results show that an annealing at 880 ° C or above depends. The essential ineffectiveness obtained in accordance with the present invention is ineffective, and previous tests have shown 20 varistors in addition to surge protection also for that annealing at 480 ° C or below is also useful in other applications.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (5)

626469626469 1. Verfahren zum Herstellen eines Zinkoxid-Varistors mit einer verminderten Spannungsdrift, dadurch gekennzeichnet, dass man den gesinterten Varistor in nur einem Heizzyklus auf eine Temperatur zwischen 580 und 780 °C erwärmt, dies für eine Zeitdauer von ein bis zehn Stunden und anschliessend auf Raumtemperatur abkühlt. 1. A method for producing a zinc oxide varistor with a reduced voltage drift, characterized in that the sintered varistor is heated in a heating cycle to a temperature between 580 and 780 ° C, for a period of one to ten hours and then to room temperature cools down. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesinterte Varistor auf 580 °C erwärmt und vier Stunden bei dieser Temperatur belassen wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the sintered varistor is heated to 580 ° C and left for four hours at this temperature. 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinkoxid ferner Boroxid, Bariumoxid und Siliziumoxid enthält. 3. The method according to claim 1, characterized in that the zinc oxide further contains boron oxide, barium oxide and silicon oxide. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Boroxid, das Bariumoxid und das Siliziumoxid jeweils in einer Menge von 0,01 bis 10 Molprozent vorhanden sind. 4. The method according to claim 3, characterized in that the boron oxide, the barium oxide and the silicon oxide are each present in an amount of 0.01 to 10 mole percent. 5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Sintern einer Mischung aus Zinkoxid, Bariumoxid, Boroxid und Siliziumoxid, gegebenenfalls zusammen mit Wismutoxid, Kobaltoxid, Manganoxid, Chromoxid, Nickeloxid, bei einer Temperatur von etwa 1250 °C für eine Dauer von fünf Stunden zur Bildung eines einheitlichen Varistorkörpers, der anschliessend mit 100 °C/Stunde abgekühlt wird. 5. The method according to claim 1, characterized by the following process steps: sintering a mixture of zinc oxide, barium oxide, boron oxide and silicon oxide, optionally together with bismuth oxide, cobalt oxide, manganese oxide, chromium oxide, nickel oxide, at a temperature of about 1250 ° C for a period of five Hours to form a uniform varistor body, which is then cooled at 100 ° C / hour.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5827643B2 (en) * 1979-07-13 1983-06-10 株式会社日立製作所 Nonlinear resistor and its manufacturing method
US4317101A (en) * 1980-10-27 1982-02-23 General Electric Company Stable high voltage DC varistor
DE3566753D1 (en) * 1984-03-29 1989-01-12 Toshiba Kk ZINC OXIDE VOLTAGE - NON-LINEAR RESISTOR
JPS6293904A (en) * 1985-10-21 1987-04-30 三菱電機株式会社 Manufacture of zinc oxide type arrestor device
DE3638342A1 (en) * 1986-11-10 1988-05-19 Siemens Ag Electrical component, made of ceramic and having multilayer metallisation, and a method for its production
JPH01280708A (en) * 1988-01-28 1989-11-10 Asahi Optical Co Ltd Operation switch and operation switch for motor-driven zoom lens camera
JP2816258B2 (en) * 1991-04-23 1998-10-27 株式会社日立製作所 Method of manufacturing voltage non-linear resistor and lightning arrester

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