DD270062A1

DD270062A1 - METHOD FOR SINTERING DOTED, DISK MOLDING ZINC OXIDE VARISTORS

Info

Publication number: DD270062A1
Application number: DD31358788A
Authority: DD
Inventors: Manfred Kuehn; Thomas Fleischmann
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1989-07-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Sintern von Zinkoxid-Varistoren, wobei das Ankleben an die Sinterunterlagen und das Auftreten von Rissen sowie Oberflaechendiffusionen vermieden werden sollen. Erfindungsgemaess wird dies erreicht, indem als Trennmittel ein Granulat aus inertem oder aus einem Material, das dem der zu sinternden Varistoren entspricht, mit einer Korngroesse im Bereich zwischen 300 und 1 000 mm verwendet wird, wobei dessen Korngroessenschwerpunkt im umgekehrten Verhaeltnis zur Druckbelastung der Sinterunterlage durch die Zinkoxid-Varistoren gewaehlt wird.The invention relates to the sintering of zinc oxide varistors, wherein the adhesion to the sintered substrates and the occurrence of cracks and surface diffusion should be avoided. According to the invention, this is achieved by using as the release agent granules of inert material or of a material corresponding to that of the varistors to be sintered, having a particle size in the range between 300 and 1000 mm, the grain size center of gravity being inversely proportional to the pressure load on the sintered substrate the zinc oxide varistors is chosen.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahr ^Λη zum Sintern von dotierten, scheibenförmigen ZnO-Varistoren auf Sinterunterlagen, wobei dieser Begriff auch das Sintern in Kapseln einschließen soll.The invention relates to a traversing ^{Λ η} for sintering doped disc-shaped ZnO varistors on sintered materials, which term is intended to include also the sintering in capsules.

Characteristic of the known state of the art

Die maßgeblichen Parameter von ZnO-Va! istoron reagieren sehr empfindlich auf Abweichungen der verschiedenen Dotierungen vom Sollwert. Deshalb müssen Änderungen der chemischen Zusammensetzung des Sintergutes durch Abgabe an bzw. Aufnahme aus den Sinterunterlagen vermieden werden. Die boi anderen keramischen Sondermassen.wle z. B. Ferriten eingesetzten SiO₂-haltigen Sinterunterlagen und selbst solche aus an sied Inerten Materialien^^ Korund und Zinkoxid werden diesen schärferen Bedingungen nicht gerecht.The relevant parameters of ZnO-Va! istoron are very sensitive to deviations of the various dopants from the set point. Therefore, changes in the chemical composition of the sintered material must be avoided by delivery to or absorption from the sintering documents. The boi other ceramic Sondermassen.wle z. B. ferrites used SiO ₂ -containing sintered substrates and even those from sied in inert materials ^^ corundum and zinc oxide are not these harsher conditions do justice.

Es ist aber auch bekannt, derartige 'Jinterunterlagen mit einer Engobe aud dem Varistorwerkstoff zu versehen, die zur Vermeidung von Diffusionen atomprozentual mit den Hauptdotanden gegenüber dem Hauptbestandteil im Verhältnis der Kationenradien angereichert ist (OD-PS 160818}.However, it is also known to provide such jinter documents with an engobe on the varistor material, which is enriched to avoid diffusion atom percentage with the main dopants compared to the main component in the ratio of cation radii (OD-PS 160818}.

Doch auch durch diese dünne Auflageschicht (Engobe) wird die Diffusion zwischen den Sinterunterlagen und den Rohlingen mit einer Druckbelastung von etwa 1 g/cm² (übliche Niederspannungs- und Mittelspannungsvaristoren) während der Sinterung nicht völlig vermieden. Beim Sintern von Leistungsvaristoren mit einer Druckbelastung derSinterunterlagen durch den Rohling > 3 g/cm² kann bei der Verwendung einer dünnen Auflageschicht (Engobe) auf den Sinterunterlagen ein Ankleben der zu sinternden Teile an die Sint'jrunterlage nicht völlig vermieden werden, so daß es zu Beschädigungen der gesinterten Teile beim Abtrennen kommt.However, even through this thin coating layer (Engobe), the diffusion between the sintered substrates and the blanks with a pressure load of about 1 g / cm ² (usual low-voltage and medium voltage varistors) during sintering is not completely avoided. When sintering power varistors with a pressure load of the sintering pads through the blank> 3 g / cm ² , when using a thin coating layer (engobe) on the sintering pads, sticking of the parts to be sintered to the sintered pad can not be completely avoided, so that it can Damage to the sintered parts during separation comes.

Andererseits ist es in der Keramik bekannt, Streu- und Trennmittel für das energie- und ofenraumsparende Mehrlagensintern einzusetzen. Hierbei werden zum Sintern mehrere Lagen von Rohlingen übereinandergeschichtet, wobei 7ur Vermeidung des Zusammenlebens auf jede Ls^e ein inaktives, rieselfähiges keramisches Pulver gestreut '.vird (DD 169064). Das Kornband derartiger Trennmittel liegt zwischen 15 und 250pm. Hierbei kleben jedoch die gesinterten Körper häufig an. Das anhaftende Pulver läßt sich durch mechanische Behandlung nur sehr schwer entfernen. Das Anhaften geht einher mit den gesamten Diffusionsvorgängen, so daß Zinkoxid-Varistoren mit derartigen Trennmitteln nicht gesir tert werden können. Weiter ist es bekannt, das Problem des Anklebens durch die Verwendung von Trennmitteln aus unterschiedlichen Stoffgemischen (DE-OS 27 ?4015; DD-PS155612) oder durch die Zugabe von organischen Plastif ikatoren vor der thermischen Vorbehandlung der Trennmittel zu lösen (DD-PS 144256). Salbst die Verwendung von ansonsten bewährten Stoffen wie Zinkoxid führte aber bei der Shterung von ZnO-Varistoren nicht zum Erfolg, da derartige Pulver beim Sintern ankleben und die ZnO-Varistoren beim Sintern Jnd beim Abkühlen zur Rißbildung neigen. 'On the other hand, it is known in ceramics to use scattering and release agents for energy and furnace-saving multi-layer sintering. Here, several layers of blanks are stacked on top of each other for sintering, whereby an inactive, free-flowing ceramic powder is scattered on each side to avoid coexistence (DD 169064). The grain band of such release agents is between 15 and 250pm. In this case, however, the sintered body often adhere. The adhering powder is very difficult to remove by mechanical treatment. The adhesion is accompanied by the entire diffusion processes, so that zinc oxide varistors with such release agents can not be gesir tert. It is also known to solve the problem of sticking by the use of release agents from different mixtures (DE-OS 27-4015; DD-PS155612) or by the addition of organic plasticizers before the thermal pretreatment of the release agent (DD-PS 144256 ). However, the use of otherwise proven substances such as zinc oxide did not lead to success in the shearing of ZnO varistors, because such powders stick together during sintering and the ZnO varistors tend to crack during sintering and during cooling. '

Object of the invention The aim of the invention is therefore to reduce the losses during sintering of doped zinc oxide Varlotoren. Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Sintern von dotierten ZnO-Varistoren auf mit keramischen Trennmittel bestreuten Sinterunterlagen, die ggf. mit einem arteigenen Enyobeüberzug versehen sind, zu entwickeln, das auch bei oiner Belastung der Sinterunterlage von > 3 g/cm² das Ankleben und die Rißbildung sowie die Oberflächendiffusion von den zu sinternden Körpern zur Sinterunterlage und umgekehrt vermeldet und ein Abdampfen von Dotanden möglichst verhindert. Fr/jndungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem als Trennmittel ein Granulat aus inertem oder aus einem Material, das dem der zu sinternden Varistoren entspricht, mit einer Korngröße im Bereich zwischen 300 und 10ΟΟμπι verwendet wird, wobei dessen Korngroßenschwerpunkt im umgekehrten Verhältnis zur Druckbelastung der Sinterunterlage durch die ZnO-Varistoren gewählt wird.The invention is therefore based on the object, a method for sintering doped ZnO varistors on sintered with ceramic release agent sintering, which may be provided with a species-specific Enyobeüberzug to develop, even with oiner load of sintering pad of> 3 g / cm ² the adhesion and the cracking and the surface diffusion from the bodies to be sintered to the sintered substrate and vice versa reported and prevents evaporation of dopants as possible. In accordance with the invention, this object is achieved by using, as release agent, granules of inert material or of a material corresponding to that of the varistors to be sintered, having a particle size in the range between 300 and 10ΟΟμπι, the grain size center of gravity being in inverse proportion to the pressure loading of the sintered substrate is selected by the ZnO varistors.

Zur Anreicherung der Sinteratmosphäre mit flüchtigen Dotanden Ist es vorteilhaft, wenn die Sinterunterlage mit einer Engobe versehen wird, die dem Material der zu sinternden Varistoren entspricht (arteigener Überzug). In diesem Falle läßt sich ein Trennmittel aus inertem Material einsetzen. Wird hingegen als Trennmittelein Granulat aus dem gleichen Material wie die zu sinternden Varistoren verwendet, erübrigt sich In der Regel ein arteigener Überzug der Sinterunterlage, weil bereite durch das Trennmittel selbst die geeignete Sinteratmosphäre erzeugt wird.To enrich the sintering atmosphere with volatile dopants, it is advantageous if the sintered substrate is provided with an engobe which corresponds to the material of the varistors to be sintered (species-specific coating). In this case, a release agent of inert material can be used. If, on the other hand, a granulate of the same material as the varistors to be sintered is used as the release agent, there is generally no need for a species-specific coating of the sintering support because the suitable sintering atmosphere is prepared by the release agent itself.

Günstig ist es weiter das Granulat als Einkornsystem einzusetzen, weil durch Minimierung der Auflagepunkte die Oberflächendiffusion verringert Wird.It is also favorable to use the granules as Einkornsystem, because by minimizing the contact points, the surface diffusion is reduced.

Ausführungibelspiel By some examples, the invention will be explained in more detail. example 1 The raw materials for the production of ZnO power varistors are made using conventional ceramic technology

aufbereitet und Trockenpreßgranulat verarbeitet. Mittels Trockenpressen werden scheibenförmige Rohlinge mit einemprocessed and processed dry pressed granules. By means of dry pressing disc-shaped blanks with a

Diameter of 60mm and a height of 20mm (pressure load about 10g / cm ² ) made. The to be used Sh'terunterlage consists of conventional high-AljOs-containing chamotte, which with a Engobe of species-specific material

mit der Zusammensetzung der Dotanden im Versatz entsprechend beschichtet ist.coated with the composition of the dopants in the offset accordingly.

Avf this sintered substrate is applied to fine corundum grain size 400prn (einkornsystem) and distributed over a wide area. Subsequently, the slices to be sintered are bedded on the grain. This is followed by the sintering process. Example 2 It is in the same manner as in Example 1, a disc-shaped blank with a diameter of 40mm and with a height of

15 mm hergestellt.15 mm made.

The sintering pad to be used consists of conventional high-Al ₂ O ₃ -containing chamotte. On this a granulate is made

gesintertem ZnO-Varistorversatzmaterial aufgegeben, welches durch mechanische Zerkleinerung von Ausfallvaristoren und anschließendem Fraktionieren hergestellt wurde. Die Korngröße des Granulates beträgt 800 \im (Einkornsystem). Die zu sinternden Scheiben werden vor dem Sinterprozeß auf dieses Granulat gebettet.sintered ZnO varistor offset material, which was prepared by mechanical comminution of failure varistors and subsequent fractionation. The grain size of the granules is 800 \ im (einkornsystem). The slices to be sintered are embedded in this granulate before the sintering process.

In both cases, no sticking or cracks occurred. The electrical properties were within the required Tolerances.

Claims

1. A process for sintering doped, disc-shaped zinc oxide varistors on sintered with ceramic release agents sintering substrates, which are optionally provided with a species Engobeüberzug, characterized in that as a release agent granules of inert or of a material that is to be sintered varistors corresponds, is used with a grain size in the range between 300 and 1000μηπ, wherein the grain size center is chosen in inverse proportion to the pressure load of the sintering pads by the zinc oxide varistors.

2. The method according to claim 1, characterized in that is used when using a coated with a species Engobe Sinterur.ierlage with a granulate of inert material.

3. The method according to claim 1, characterized in that a Einkornsystem is used as granules.