DE2307321B2 - Varistor aus mehreren, uebereinander gelagerten sinterplaettchen - Google Patents
Varistor aus mehreren, uebereinander gelagerten sinterplaettchenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Varistor aus mehreren übereinandergelagerten Sinterplättchen und r>
mit Elektroden an gegenüberliegenden äußeren Oberflächen der überlagerten Sinterplättchen.
Ein derartiger Varistor ist der DT-PS 8 50 916 entnehmbar.
Durch die DT-PS 4 72 109 ist ein Blitzableiter mit einer Mehrzahl von flachen überlagerten Scheiben
bekanntgeworden, welche aus einem Material mit relativ hohem spezifischen Widerstand bestehen. Der
Blitzableiter fängt Spannungsstöße dadurch auf, daß über dem extrem kleinen Zwischenraum zwischen den 4>
überlagerten flachen Scheiben eine Entladung erzeugt wird. Da die Berührungsstelle zwischen den flachen
Scheiben einen sehr hohen Widerstand hat, trägt sie nicht dazu bei, den Widerstand nichtlinear zu machen.
Die Nichtlinearität des Widerstandes wird ausschließ- in lieh durch den Entladung über den extrem kleinen
Zwischenraum bewirkt.
Die DT-PS 6 31 867 zeigt Widerstandskörper mit hohem negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen
Widerstandes und einem Porenraum von τ> mindestens 5%, bestehend aus Oxiden (Cu2O, CuO,
ZnO, TiO2, SnO2, SnO, V2O5, Ta2Oj, Nb2O5, MoOj, WOj,
WO2, MnO2, Fe2Oj, FeO, CoO, NiO und Cr2O3), welche
unter einem derart gewählten Teildruck des in dem den Widerstand enthaltenden Metalloxids angeordnet sind, bo
daß weder eine merkliche Oxidation noch eine merkliche Reduktion bei erhöhter Temperatur stattfindet.
Durch die DT-PS 7 38 415 ist ein .spannungsabhängiger
Widerstand bekanntgeworden, welcher im Bereich b5 hoher Temperaturen über 20O0C betrieben wird. Die
Eigenschaften dieses Widerstandes, der auch aus einem Stapel von übereinander angeordneten, scheibenförmigen
Oxidationshalbleitern bestehen kann, werden dadurch bei derart hohen Temperaturen verbessert, daß
seine Temperaturabhängigkeit als Halbleiter mit ausgenutzt wird.
Die DT-OS 17 65 097 zeigt einen nichtlinearen Widerstand mit einer gesinterten Scheibe, bestehend
aus Zinkoxid als Hauptbestandteil, und zwei Elektroden, von denen die eine aus einer Silberelektrode in
nichtohmschem Kontakt mit der einen Oberfläche der gesinterten Scheibe besteht und die andere Elektrode in
ohmschem Kontakt mit der gegenüberliegenden Oberfläche der gesinterten Scheibe steht.
Die DT-OS 20 09 319 zeigt einen spannungsabhängigen Widerstand, welcher eine gesinterte Platte, die im
wesentlichen aus Zinkoxid und 0,05 bis 10,0 Mol-% La2O3 oder Y2O3 besteht, sowie zwei Elektroden enthält,
die auf den gegenüberliegenden Oberflächen der gesinterten Platte angebracht sind, wobei wenigstens
eine dieser Elektroden eine Silberelektrode ist.
Die DT-OS 20 33 850 schließlich zeigt einen Widerstand mit nichtlinearem Spannungsverhalten mit einer
gesinterten Platte, bestehend aus Zinkoxid als Hauptbestandteil und 0,05 bis 10,0 Mol-% Eisenoxid sowie 0,05
bis 10,0 Mol-% einer der Verbindungen Nickeloxid, Titanoxid und mit zwei Elektroden, welche mit
gegenüberliegenden Oberflächen der gesinterten Platte in Kontakt gebracht sind, wobei wenigstens eine der
Elektroden eine Silberelektrode ist.
Alle drei Offenlegungsschriften zeigen somit nichtlineare Widerstände mit einem Sinterkörper aus
Zinkoxid als Hauptbestandteil und zwei Elektroden, von denen wenigstens eine eine Silberelektrode ist. Fe2Oj,
CoO, ZrO2, Al2O3, CaO, Oxide seltener Erden u.dgl.
werden als Zusätze zum Zinkoxid verwendet.
Übliche Varistoren sind Siliziumkarbidvaristoren, Siüziumvaristoren und Bariumtitanatvaristoren.
Die Stromspannungskennlinie eines solchen Varistors ist allgemein durch die folgende Gleichung gegeben:
Dabei ist /der in dem Varistor fließende Strom, Vdie
Spannung über dem Varistor, V0 die an gegenüberliegende
äußere Oberflächen des Varistors bei / = /0 mA angelegte Spannung, d. h. die Schwellwertspannung, und
der Exponent α ein die Nichtlinearität darstellender Index, dessen numerischer Wert größer als 1, gewöhnlich
3 bis 5 ist.
Siüziumvaristoren und Bariumtitanatvaristoren sind in ihrer Verwendung beschränkt, da ihre Werte Vo
jeweils nur 0,5 bis 1,2 V (bei Antiparallelschaltung von zwei entsprechenden Dioden im Durchlaßgebiet) sind,
während Siliziumkarbidvaristoren große Werte Vo über
30 V, jedoch kleine Werte λ unter 3 haben. Überdies ist es in 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Varistor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen,
der gut reproduzierbar und billig herstellbar ist und eine stabile Strom-Spannungskennlinie bei hoher Nichtlinearität
aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sinterplättchen aus Eisenoxid als Hauptbestandteil,
0,1 bis 34 Gew.-% Kalziumoxid und 0,1 bis 34 Gew.-% Oxiden seltener Erden bestehen und wenigstens
eine derart aktive Grenzfläche aufweisen, daß der Varistor eine stabile Stromspannungskennlinie mit einer
Schwellwertspannung von etwa 20 V je Kontaktteil zwischen den überlagerten Sinterplättchen hat.
Eine alternative Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Sinterplättchen aus Eisenoxid als Hauptbestandteil,
0,1 bis 34 Gew.-% Kalziumoxid, 0,1 bis 24 Gew.-% Oxiden seltener Erden und 0,1 bis 10 Gew.-%
Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und/oder Kobaltoxid bestehen und wenigstens eine derart aktive Grenzfläche
aufweisen, daß der Varistor eine stabile Stromspannungskennlinie mit einer Schwellwertspannung von
etwa 20 V je Kontaktteil zwischen den überlagerten Sinterplättchen hat. Hier wird die Menge an teuren
Oxiden seltener Erden verringert.
Die erfindungsgemäßen Varistoren weisen eine bemerkenswert stabile Stromspannungskennlinie auf.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Varistors, welcher durch Überlagerung
zweier Sinterplättchen hergestellt ist, die aus Eisenoxid als Hauptbestandteil bestehen, und
Fig. 2 die Stromspaiinungskennlinie des Varistors
nach F i g. 1, wobei die Spannung Fais Abszisse und der Strom /als Ordinate aufgetragen ist.
Die Erfindung führt z. B. zu einem Varistor, welcher, wie in Fig. 1 dargestellt, durch Überlagern 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 von Kalziumoxid
(CaO) und Oxiden seltener Erden, oder eines geschmolzenen Materials, bestehend aus Eisenoxid als Hauptbestandteil
und den entsprechenden vorgeschriebenen Mengen von Kalziumoxid (CaO), Oxiden seltener Erden
und wenigstens einem Oxid ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid (AbOj), Zirkoniumoxid
(ZrO2) und Kobaltoxid (CoO). An gegenüberliegenden
Oberflächen der zwei überlagerten Sinterplättchen 1,1 werden Elektroden 2,2, z. B. Silberelekiroden, angebracht,
und an den Elektroden 2,2 werden unter Verwendung von Lot vier Zuleitungen 53 befestigt. Die
ganze Anordnung wird mit einem geeigneten isolierenden Überzugsmaterial 6 fixiert.
Das Sinterplättchen 1 ist eine Sinterplatte mit einer von verschiedenen Formen, z. B. kreisförmig, quadratisch
oder rechteckig.
Infolge des gewöhnlichen ohmschen Übergangs an der Oberfläche des Sinterplättchens 1, an welcher die
Elektrode 2 angebracht ist, existiert dort keine aktive Grenzfläche. Eine aktive Grenzfläche 3 existiert jedoch
an der anderen Oberfläche des Sinterplättchens 1, an welcher 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 Vi, und α aufweist,
insbesondere Vo wenig kleiner als 20 V, ist er als Varistor gut geeignet.
Solche stabilen Werte V0 und <\ verbessern auch die
Ausbeute wesentlich. Weiter ist der r.ichtlineare Widerstand nach der Erfindung, da er Eisenoxid (Fe>Oi)
als Hauptrohmaterial verwendet, auch im Preis sehr vorteilhaft.
Die Erfindung führt auch zu einem nichtlinearen Widerstand, welcher durch Überlagern von mehr als
zwei Sinterplättchen hergestellt ist, bei welchem an den außenliegenden oder gegenüberliegenden Oberflächen
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 Ausbeute und bei beträchtlich geringeren Kosten verglichen mit konventionellen
Varistoren und ist daher von großem industriellen Wert.
Die Erfindung wird noch besser verständlich im Zusammenhang mit den folgenden Beispielen.
B e i s ρ i e 1 1
Der Sinterkörper wird auf bekannte Weise verarbeitet. Das Ausgangsmaterial in der in Tabelle 1 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 1000 bar 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 Sinterplättchen 1 zu erhalten.
Hierauf wird ein nichtlinearer Widerstand, wie in Fig. 1 gezeigt, dadurch hergestellt, daß zwei Sinterplättchen
1,1 überlagert, 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 Zuleitungen 5,5
befestigt werden und die gesamte Anordnung mit einem Epoxyharz als Überzugsmaterial 6 fixiert wird. Infolge
des ohmschen Übergangs an der Oberfläche des Sinterplättchens 1, an welchem die Elektrode 2 aus
Silber angebracht ist, existiert dort keine aktive Grenzfläche. Eine aktive Grenzfläche 3 existiert jedoch
an der anderen Oberfläche 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 Vl) und «,
welche Konstanten der Gleichung (1) bei /<> = 1 niA sind, in Tabelle I zusammengestellt.
Tabelle I | 85 | 84,9 | 89,5 | 65,9 | 97,9 | 65 |
Zusammensetzung des Sinterkörpers | 5 | 15 | 10 | 34 | 0,1 | 1 |
Fe2O3 (Gew.-%) | 10 |
η ι
υ, ι |
π <; | 0,1 | 20 | 34 |
La2O., (Gew.-0/,) | 40 | 30 | 60 | 20 | 20 | 20 |
CaO (Gew.-Vo) | 5 | 5 | 5 | 3 | 3,5 | 2 |
R (kil) | 19.5 | 19,5 | 19,5 | 12,0 | 11,0 | 10,5 |
ff(-) | ||||||
1/ l\/\ | ||||||
Wie Tabelle 1 zeigt, erhält man Varistoren mit besonder stabilem Wert V11 und α in dem Bereich von 5
bis 15 Gew.-% La2O1 und 0,1 bis 10 Gcw.-% CaO. Dies
bedeutet eine viel höhere Ausbeute, verglichen mit üblichen Siliziumkarbidvaristoren.
Überdies ermöglicht die Überlagerung von mehr als zwei Sinterpiättchen 1 eine Vergrößerung des Wertes
Vo um etwa ganze Vielfache von etwas weniger als 20 V.
Beispielsweise sind die gemessenen Werte von R, nc, V0
von Varistoren, welche durch Überlagern von zwei bis vier Plättchen des Sinterkörpers, bestehend aus 5
Gew.-% La2Oi und 10 Gew.-% CaO, nach Tabelle 1
hergestellt sind, in Tabelle Il gezeigt.
Plättchenanzahl
2 3
2 3
R (kü) | 40 | 80 | 119 |
a(-) | 5 | 5 | 5 |
K,(V) | 19,5 | 39,0 | 58,5 |
Beispiel 1 zeigt, daß 5 bis 15 Gew.-% La2Oj
erforderlich sind, um einen Wert n. von 5 zu erhalten. Um die Menge an teurem La2O1 zu verringern, wird das
Beispiel 2 ausgeführt. Die Ausgangsmaterialien in dem Beispiel 2 sind Fe2Oj mit 15 Gew.-% CaO und 0,1
Gew.-% La2Oj und mit 0,1 bis 10 Gew.-% wenigstens
eines Oxides, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al2Oj, ZrO2 und CoO, wie in Tabelle HI gezeigt.
Das Ausgangsmaterial wird auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 verarbeitet und gesintert, um eine
entsprechende Sinterscheibe oder ein Sinterpiättchen zu erhalten. Ein nichtlinearer Widerstand wird unter
Verwendung des Sinterplättchens auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die gemessenen Werte von
R, (κ, V0 der so hergestellten Varistoren sind in Tabelle
IV gezeigt.
Zusammensetzung des Sinterkörpers
Außer Fe,O, (als Rest), 15 Gew.-% CaO und 0,1 Gew.-% La2O, noch:
AIA, (Gew.-%) | 0,1 | 0 | 0 | 5 | 10 | 0,5 | 1 |
ZrO2 (Gew.-%) | 5 | 1 | 0,5 | 0 | 0,1 | 0 | 0 |
CoO (Gew.-%) | 0 | 5 | 10 | 0 | 0,5 | 1 | 0,5 |
R (ktl) | 20 | 40 | 40 | 60 | 20 | 60 | 60 |
al-) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
K. (V) | 19,5 | 19,5 | 19,5 | 19,5 | 19,5 | 19,5 | 19,5 |
Wie Tabelle Hl zeigt, ergibt jede Grenzfläche zwischen den Sinterkörpern einen nichtlincaren Widerstand,
bei welchem die Werte κ und V0 bemerkenswert
stabil sind, nämlich nt gleich 5 und V0 gleich 19,5 V, und
welcher infolge der verringerten Menge an La2Oi
billiger ist.
Die gemessenen Werte von R, λ, Vu von Varistoren
welche durch Überlagerung von zwei bis vier Plättcher des Sinterkörpers, bestehend aus 10 Gew.-% AI2O1, 0,1
Gew.-°/o ZrO2 und 0,5 Gew.-% CoO, wie in Tabelle 11
hergestellt sind, sind in Tabelle IV dargestellt.
Tabelle IV | Plättchcnanziihl 2 |
3 | 4 |
20 5 19,5 |
40 5 39,0 |
60 5 58,5 |
|
R (k<>) a (-) (Ό (V) |
|||
Tabelle IV zeigt, daß durch Überlagerung von mehr als zwei Plättchen von Sinterkörpern, wie in Tabelle
gezeigt. Varistoren guter Qualität mit verschiedenen Werten V0 hergestellt werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Varistor aus mehreren übereinandergelagerten Sinterplättchen und mit Elektroden an gegenüberlie- >
genden äußeren Oberflächen der überlagerten Sinterplättchen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sinterplättchen (1) aus Eisenoxid (Fe2O3) als
Hauptbestandteil, 0,1 bis 34 Gew.-% Kalziumoxid (CaO) und 0,1 bis 34 Gew.-% Oxiden seltener Erden i<
> bestehen und wenigstens eine derart aktive Grenzfläche (3) aufweisen, daß der Varistor eine stabile
Stromspannungskennlinie mit einer Schwellwertspannung von etwa 20 V je Kontaktteil zwischen
den überlagerten Sinterplättchen (1) hat. ι'
2. Varistor aus mehreren übereinandergelagerten Sinterplättchen und mit Elektroden an gegenüberliegenden
äußeren Oberflächen der überlagerten Sinterplättchen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sinterplättchen (1) aus Eisenoxid (Fe2O3) als
Hauptbestandteil, 0,1 bis 34 Gew.-% Kaliumoxid (CaO), 0,1 bis 24 Gew.-% Oxiden seltener Erden und
0,1 bis 10 Gew.-°/o Aluminiumoxid (AI2O3), Zirkoniumoxid
(ZrOj) und/oder Kobaltoxid (CoO) bestehen und wenigstens eine derart aktive Grenzfläche (3) 2-5
aufweisen, daß der Varistor eine stabile Stromspannungskennlinie mit einer Schwellwertspannung von
etwa 20 V je Kontaktteil zwischen den überlagerten Sinterplättchen (1) hat.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP47016303A JPS52556B2 (de) | 1972-02-16 | 1972-02-16 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |