DE2307321A1 - Nichtlinearer widerstand - Google Patents

Description

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Mitsubishi Cement Company Ltd., Tokyo / Japan Nichtlinearer Widerstand

Die Erfindung bezieht sich auf einen nichtlinearen Widerstand und betrifft insbesondere wirtschaftliche nichtlineare Widerstände mit bemerkenswert stabilen Stromspannungskennlinien, welche durch Überlagern mehrerer Sinterplättchen hergestellt sind, die als Hauptbestandteil aus Eisenoxid bestehen und weiter Kalziumoxid, Oxide seltener Erden usw. enthalten, wobei der Widerstand etwa oder nicht mehr als 1 kil und auch der thermisch negative Widerstand klein ist, und Elektroden an gegenüberliegenden äußeren Oberflächen der überlagerten

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Sinterplättchen angebracht sind.

Übliche nichtlineare Widerstände, im folgenden als Varistor bezeichnet, sind Siliziumkarbidvaristoren, Siliziumvaristoren, Bariumtitanatvaristoren und dergleichen.

Die Stromspannungskennlinie eines solchen Varistors ist allgemein durch die folgende Gleichung gegeben (1):

dabei ist I der in dem Varistor fließende Strom, V die Spannung über dem Varistor, V die an gegenüberliegende äußere Oberflächen des Varistors bei I=I mA angelegte Spannung, d.h. die Schwellwertspannung, und der Exponent o< ein die Nichtlinearität darstellender Index, dessen numerischer Wert größer als 1, gewöhnlich 3 bis 5 ist.

Siliziumvaristoren und Bariumtitanatvaristoren sind in ihrer Verwendung beschränkt, da ihre Werte V_Q jeweils nur 0,5 bis 1,2 V sind,während Siliziumkarbidvaristoren große Werte V über 30 V_; jedoch kleine Werte oC unter drei haben. Überdies ist 6s in solchen Varistoren, welche auf der Basis der Ausnutzung des gegenseitigen Kontakts zwischen inneren Teilchen von Sinterkörpern wie bei Siliziumkarbidvaristoren aufgebaut sind, schwierig, den Zustand des gegenseitigen Kontakts zwischen den inneren Teilchen selbst unter gleichen Herstellungsbedingungen vollständig zu kontrollieren, was unvermeidlich zu Produkten mit unterschiedlichen Kennwerten führt. Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile bekannter Varistoren wie oben beschrieben zu beseitigen und einen Varistor zu schaffen, welcher eine bemerkenswert stabile Stromspannungskennlinie aufweist und billig in der Herstellung ist.

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Dieses Ziel wird bei einem nichtlinearen Widerstand dadurch erreicht, daß mehrere Sinterplättehen einander überlagert werden, welche aus Eisenoxid als Hauptbestandteil, 0,1 bis 34 Gew,-£ Kalziumoxid (CaO) und 0,1 bis 34 Gew.-% Oxiden seltener Erden bestehen, und an gegenüberliegenden äußeren Oberflächen der überlagerten Sinterplättchen Elektroden angebracht sind.

g ist der erfindungsg©naäße niohtlineare Widerstand oder Varistor so ausgebildet, daß die Sinterplättchen aus Eisenoxid als Hauptbestandteil, 0,1 bis 34 Gew.-^ Kalziumoxid (CaO), 0,1 bis 34 Gew.-% Oxiden seltener Erden und 0,1 bis 10 Gew.-% wenigstens eines Oxids der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid (AIgO-,), Zirkoniumoxid (ZrOg) und Kobaltoxid (CoO) bestehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgeiden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgenjäßen linearen Widerstands, welcher durch Überlagerung zweier Sinterplättohen hergestellt ist, die aus Eisenoxid als Hauptbestandteil bestehen, urd

Pig. 2 die Stromspannungskennlinie des nichtlinearen Widerstands nach Fig. 1, wobei die Spannung E als Abzisse und der Strom I als Ordinate aufgetragen ist.

Die Erfindung führt z.B. zu einem nichtlinearen Widerstand, welcher wie in Fig. 1 dargestellt durch Oberlagern zweier Sinterplättchen 1,1 hergestellt ist. Die Sinterplättchen 1,1 erhält man durch Sintern eines geschmolzenen Materials bestehend aus Eisenoxid als Hauptbestandteil und den entsprechenden Mengen

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von Kalziumoxid (CaO) und Oxiden seltener Erden, oder eines geschmolzenen Materials bestehend aus Eisenoxid als Hauptbestandteil und den entsprechenden vorgeschriebenen Mengen von Kalziumoxid (CäO), Oxiden seltener Erden und wenigstens einem Oxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid (Al₂O^), Zirkoniumoxid (ZrO₂) und Kobaltoxid (CoO). An gegenüberliegenden Oberflächen der zwei überlagernden Sinterplättchen 1,1 werden Elektroden 2,2, z.B. Silbereiektroden,-angebracht, und an den Elektroden 2,2 werden unter Verwendung von Lot 4 Zuleitungen 5*5 befestigt. Die ganze Anordnung wird mit einem geeigneten isolierenden Überzugsmaterial 6 fixiert.

Bas Sinterplättchen 1 ist eine Sinterplatte mit einer von verschiedenen Formen, z.B. kreisförmig, quadratisch, rechteckig usw.

Infolge des gewöhnlichen Ohmschen Übergangs an der Oberfläche des Sinterplättchens 1, an weicher die Elektrode 2 angebracht ist, existiert dort keine aktive Grenzfläche, Eine aktive Grenzfläche existiert jedoch an der anderen Oberfläche 3 des Sinterplättchens 1 an wel eher keine Elektrode angebracht ist. Wenn daher ein solches Sinterplättchen 1 einem anderen überlagert wird, ergibt sich ein Widerstandswert R.

Da weiter der nichtlineare Widerstand nach der Erfindung sehr stabile Werte V und e< aufweist, insbesondere γ_ wenig kleiner als 20 V, ist er als Varistor gut geeignet.

Solche stabilen Werte V und «< verbessern auch die Ertragsquote des Produkts wesentlich. Weiter ist der nichtlineare Widerstand nach der Erfindung, da er Eisenoxid als Hauptrohmaterial verwendet, auch im Preis sehr vorteilhaft.

Die Erfindung führt auch zu einem nichtlinearen Widerstand, welcher durch Überlagern von mehr als drei Platten oder Sinter-

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plättchen hergestellt ist, bei welchem an den außenliegenden oder gegenüberliegenden Oberfläche der überlagerten Sinterplättchen Elektroden angebracht sind. Die so hergestellten Widerstände weisen ebenfalls bemerkenswert stabile Stromspannungskennlinien auf, welche sie für einen Varistor geeignet machen.

Die oben beschriebene Erfindung führt zu Varistoren mit bemerkenswert stabileren Kennlinien bei einer wesentlich höheren Ertragsquote und bei beträchtlich geringeren Kosten verglichen mit konventionellen Varistoren, und ist daher von großem industriellem Wert.

Die Erfindung wird noch besser verständlic h, im Zusammenhang mit den folgenden Beispielen. Diese Beispiele sollen jedoch die Erfindung lediglich erläutern, nicht jedoch den Bereich der Erfindung einschränken.

Beispiel 1

Der Sinterkörper wird auf bekannte Weise verarbeitet. Das Ausgangsmaterial in der in Tabelle I definierten Zusammensetzung wird in einer Topfmühle gemischt, um eine homogene Mischung zu erzeugen. Die Mischung wird in einem Trockner getrocknet und in einer Form bei einem Druck von etwa 1 000 kg/cm in eine Scheibe von 15 mm Durchmesser und 2 mm Dicke gepreßt. Die gepreßte Scheibe wird bei etwa 1200⁰C in Luft gesintert, um so das Sinterplättehen 1 zu erhalten.

Hierauf wird ein nichtlinearer Widerstand wie in Pig. I gezeigt dadurch hergestellt, daß zwei Sinterplättchen 1,1 Über_r lagert, an gegenüberliegenden Oberflächen der überlagerten Sinterplättchen 1,1 Elektroden 2,2 aus Silber angebracht, an den Elektroden 2,2 aus Silber unter Verwendung von Lot 4

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Zuleitungen 5*5 befestigt werden und die gesarate Anordnung mit einem Epoxyharz als Überzugsmaterial 6 fixiert wird. Infolge des Ohmsohen Übergangs an der Oberfläche des Sinterplättchens 1, an welchem die Elektrode 2 aus Silber angebracht ist, existiert dort keine aktive Grenzschicht. Eine aktive Grenzschicht existiert Js doch an der anderen Oberfläche j5 des Sinterplättchens 1, an welchem keine Silberelektrode angebracht ist. Wenn daher die Sinterplättchen 1,1 überlagert werden, ergibt sich ein großer Widerstandswert R. Die gemessenen Werte R sind zusammen mit den Werten V und c*, welche Konstanten der Gleichung (1) bei I = 1 mA sind ,in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I

Zusammensetzung des Sinterkörpers

Pe2O3	(Gew.-^)	85	84,9	89,	5	65,9	97,9	65
La2O3	(Gew.-^)	5	15	10		34	0,1	1
CaO	(Gew.-%)	10	o,l.	0.	5	0,1	20	34
R	(kH)	40	30	6o		20	20	20
σ<	( - )	5	5	5		3	3.5	2
Vo	(V)	19,5	19,5	19,	5	12,0 "	11,0	10,5

Wie Tabelle I zeigt, erhält man Varistoren mit besonders stabilem Wert V und ex. in dem Bereich von 5 bis 15 Gew.-% La₂O, und 0,1 bis 10 Gew.-# CaO. Dies bedeutet eine vie^höhere Ertragsquote des Produkts verglichen mit üblichen Siliziumkarbidvaristoren.

Überdies ermöglicht die Überlagerung von mehr als drei Platten des Sinterkörpers oder Sinterplättohens 1 eine Vergrößerung

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40	80	119
5	5	5
19,5	39,0	48,5

des Wertes V tan etwa ganze Vielfache von etwas weniger als 20 V. Beispielsweise sind die gemessenen Werte von R, oi , V von Varistoren, welche durch Überlagern von zwei bis vier Plättchen des Sinterkörpers bestehend aus fünf Gew.-^ La₂O-* und 10 Öew.-# CaO nach Tabelle I hergestellt sind, in Tabelle II gezeigt.

Tabelle II

Plattchenanzahl

R (K D-) cL (-)

v_o (V)

Beispiel 2

Beispiel 1 zeigt, daß 5 bis 15 Gew.-^ La₂O, erforderlich Bind, um einen Wert o( von 5 zu erhalten. Um die Menge an teuerem La₂O., zu verringern, wird das Beispiel 2 ausgeführt. Die Ausgangsroaterialien in dem Beispiel 2 sind Fe₂O, mit 15 Ge*r % CaO und 0, 1 Gew.-^ La_g0^ und mit 0, 1 bis 10 Gew.-# wenigstens eines Oxides ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al₂O,, ZrO₂ und CoO, wie in Tabelle II gezeigt.

Das Ausgangsmaterial wird auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 verarbeitet und gesintert ,.um eine entsprechende Sinterscheibe oder ein Sinterplättchen zu erhalten. Ein niehtlinearer Widerstand wird unter Verwendung des Sinterplättchens auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die gemessenen Werte von Rj Ok₁ V₀ der so hergestellten Varistoren sind in Tabelle III gezeigt.

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Tabelle III

Zusammensetzung des Sinterkörpers

Al2O3	(Gew. -°/	0 o,	1	0	0	5	5	10	0,5	1
ZrO2	(Gew. -J	0 5		1	o,		0	0,1	0	0
CoO	(Gew.-J	V) 0		VJl	10		0	0,5	1	0,5
R	(k D-	) 20		40	40		6o	20	60	6o
oC	( - )	5		VJl	5	5	5	5	5	5
Vo	( ν )	19,	5	19,5	19,	19,5	19,5	19,5	19,5

Wie Tabelle III zeigt, ergibt jeder der Sinterkörper einen nichtlinearen Widerstand, bei welchem die Werte o(und V_Q bemerkenswert stabil sind, nämlich cK gleich 5 und V gleich 19,5 V, und welcher infolge der verringerten Menge an La₂O-* billiger ist.

Die gemessenen Werte von R,d<, V von Varistoren, welche durch Überlagerung von zwei bis vier Plättchen des Sinterkörpers bestehend aus 10 Gew.-% Al₃O,, 0,1 Gew.-% ZrO₂ und 0,1 Gew.-% CoO wie in Tabelle III hergestellt sind, sind in Tabelle IV dargestellt.

Tabelle IV

Platte henanz ahl

R (k IL ) 20 40 60

oL( - ) 5 5 5

V₀ ( V ) 19,5 39,0 48,5

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Tabelle TV zeigt, daß duroh überlagerung von mehr als drei Plättchen von Sinterkörpern wie in Tabelle III gezeigt Varistoren guter Qualität mit verschiedenen Werten V₀ hergestellt werden können.

Kurz umrissen führt die Erfindung zu nichtlinearen Widerständen mit bemerkenswert stabilen Stromspannungskennlinien. Derartige Widerstände bestehen aus mehreren überlagerten Sinterplättchen, welche ihrerseits aus Eisenoxid als Hauptbestandteil und entsprechenden vorgeschriebenen Mengen Kalziumoxid, Oxiden seltener Erden und dergleichen bestehen. An außenliegenden oder gegenüberliegenden Oberflächen der überlagerten Sinterplättchen sind Elektroden angebracht.

Die Widerstände sind basierend auf der Ausnutzung der Eigenschaft der Kontaktflächen zwischen den mehreren überlagerten Sinterplättohen hergestellt.

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Nichtlinearer Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sinterplättchen (1) einander überlagert werden, welche aus Eisenoxid als Hauptbestandteil, 0,1 bis 34 Gew.-^ Kalziumoxid (CaO) und 0,1 bis 34 Gew.-^ Oxiden seltener Erden bestehen, und an gegenüberliegenden äußeren Oberflächen der überlagerten Sinterplättchen (1) Elektroden (2) angebracht sind.

2. Nichtlinearer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterplättchen (1) aus Eisenoxid als Hauptbestandteil, 0,1 bis 34 Gew.-^ Kalziumoxid (CaO), 0,1 bis 34 Gew. -% Oxiden seltener Erden und 0,1 bis 10 Gew. -% wenigstens eines Oxids der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid (AIpO,), Zirkoniumoxid (ZrOp) und Kobaltoxid (CoO) bestehen.

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