DE2307322C3

DE2307322C3 - Varistor

Info

Publication number: DE2307322C3
Application number: DE2307322A
Authority: DE
Inventors: Michihiro Nishioka; Mikiya Ono; Kan-Ichi Tachibana
Original assignee: Mitsubishi Cement Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cement Co Ltd
Priority date: 1972-02-16
Filing date: 1973-02-14
Publication date: 1980-04-03
Also published as: JPS549294B2; DE2307322A1; FR2172134A1; DE2307322B2; US3795048A; FR2172134B1; JPS4941891A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Varistor mit einem negativen Temperaturkoeff'tienten des elektriichen Widerstandswertes, bestehend aus mehreren, einander überlagerten, aus einem Gemisch von Eisenoxid und einem weiteren Metalloxid zusammengesetzten Sinterplättchen, die an der Kontaktfläche eine jpannungsabhängige aktive Grenzschicht aufweisen lind deren äußere gegenüberliegende Oberflächen mit Elektroden versehen sind, wobei der Varistor mit einem isolierenden Überzugsmaterial überzogen ist.

Allgemein läßt sich die Beziehung zwischen dem Widerstandswerl R[kü.] bei F[KJ, dem Widerstand /?o[kn]bei 27 3 K und der Thermistorkonstanten ß[K] eines Oxidhalblcitcrs durch folgende Gleichung (1) iusdrücken (vgl. Rudi Raeho Konrad Krause u.a.: Werkstoffe der Elektrotechnik. VHB Verlag Technik Berlin. 1968. Seiten 280 bis 284):

Die Erfindung betrifft Werte R_n. B in einem Temperaturbereich, in welchem die Gleichung (I) • nwcndbar ist.

Üblicherweise verwendete nichilinearc Widerstände. Ivelche im folgenden als Varistor bezeichnet werden, lind z. B. Sili/uimkarbidvarisioren. Siliziumvanstoren. 6ariumti(ar,al Varistoren.

Die Stromspannungskennünie eines solchen Varistors ist durch folgende Gleichung (2) gegeben:

-O'

wobei / der in dem Varistor fließende Strom, V die Spannung über dem Varistor, Vq die den entgegengesetzten äußeren Oberflächen des Varistors bei 1 = la mA zugeführte Spannung, d. h. eine Schwellwertspannung und der Exponent α ein Index ist. welcher einen numerischen Wert größer als 1, gewöhnlich 3-5 hat.

Siliziumvaristoren und Bariumtitanatvaristoren können beide mit geringen Abmessungen hergestellt werden, sind jedoch in der Verwendung begrenzt, weil

ίο der Wert Vo nur 0,5 bis 1,2 V beträgt. Überdies ist es in einem solchen Varistor, welcher basierend auf der Ausnutzung des gegenseitigen Kontakts zwischen inneren Teilchen eines Sinterkörpers wie bei Siliziumkarbidvaristoren hergestellt ist, schwierig, selbst unter den gleichen Herstellungsbedingungen den Zustand des gegenseitigen Kontakts zwischen den inneren Teilchen vollständig zu beherrschen, und folglich haben die Produkte unvermeidbar unterschiedliche Kennlinien.

Ein Varistor der eingangs beschriebenen Art ist durch die US-PS 31 50 342 bekannt geworden. Die Sinterplättchen bestehen dort aus Eisenoxid und Titanoxid, und sind mit einem üüberuberzug versehen. Die nichtlinearen Eigenschaften des Varistors werden bei relativ niedrigen Spannungen durch dünne Lagen von Silbertitanat als spannungsabhängige aktive Grenzschichten hervorgerufen, weiche während des Brennens auf den Oberflächen der Sinterplättchen gebildet .verden.

Durch die DE-PS 4 72 109 ist ein Widerstand mit einander überlagerten Scheiben aus einem Material mit

so hohem spezifischen Widerstand bekannt. Durch die Unebenheit der Oberflächen der Scheiben werden an der Kontaktfläche zwischen den Scheiben Spalte gebildet, über welche eine Entladung erfolgt. Hierbei nimmt das Potential zwischen den Klemmen plötzlich

Γι und diskontinuierlich ab.

Die DE-PS 6 31 867 zeigt untei anderem die Verwendung von Fc2Oi und CuO als Werkstoff für Thermisto. en. Es ist weder auf die Mischungsverhältnisse dieser Bestandteile cingegangcii noch sind besondere

in Vanstoreigenschaficn erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Varistor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welcher eine besonders stabile Stromspannungskennh nie hat und einfach herstellbar ist.

4Ί Diese Aufgabe wird erfindiingsgemäß dadurch gelost, daß das weitere Metalloxid Kupferoxid ist. d.ilS die Sinlerplätlchcn aus bb bis 34 Mol. ¹Vo f iscnoxid und 34 bis 6b Mol "/» Kupferoxid beslchcn und eine Iheinii storkonslanle /J[K] und einen spezifischen Wider

in Slandswert R„ JkU] bei Ti 3 K haben, welcher der Beziehung Ii R_n u 10 000 [kU K| genug), und d.iß wenigstens zwei Sinierplalii/hcn unmittelbar ancimin de. anliegen.

Der erfmdungsgemaßc· Varistor beruhl ,Ulf der

)·, Auswahl bestimmter Komponenten in bestimmter Zusammensetzung fur die Sinterkörper und auf der bewußten Ausnutzung der Sp.inuiingsahhaiigigkeil der (iren/si hicht an tier Konl.iktflai he zwischen den unmittelbar .ineinander anliegenden Siiiterknrpern

mi Im folgenden wird die f.rfindiing im Zusammenhang mit der Zeichnung naher ahmten. In der ZeiLhniing /eigen

Pig. ί einen Querschnitt eines crfindungsgemäüen Varistors,

Wi Fig.2 eine für den erfiiidungsgcmäßen Varistor typische Siromspanniingskennlinic, und

Fig.3 eine für einen Viifistof ufigecignufe .Slroiiispannungskennlinie.

Gemäß Fig. 1 besteht der Varistor aus zwei Sinterplättclien 1, weiche jeweils durch Sintern eines Thermistormaterials aus FejOj und CuO derart hergestellt sind, daß das Produkt aus B[K] und /?₀[kQ] nicht größer als IO 000 [kQ K] ist, während die Elektroden . z. B. Silberelektroden, auf übliche Weise an entgegengesetzen äußeren Oberflächen der Sinterplättchen 1 angebracht sind. Die Zuleitungen 5 sind an den Elektroden 2 unter Verwendung von Lot 4 befest igt und die ganze Anordnung ist mit einem geeigneten Überzugsmaierial 6 überzogen.

Das Sinterplättchen 1 kann verschiedene Formen, wie kreisförmig, quadratisch, rechteckig usw. aufweisen.

An der Oberfläche des Sinterplättchens 1. an welcher die Elektrode 2 angebracht ist, besteht keine aktive Grenzschicht. Dagegen befteht eine aktive Grenzschicht 3 an den Berührungsflächen, an welchen keine Elektroden angebracht sind. Dabei wird ein großer Widerstandswert /?2[kn] bei geringer Spannung erzeugt. So erhält man einen gewünschten Varistor mit einer besonders stabilen Stromspannungskennlinie wie in F i g. 2 gezeigt.

Da die Varistoren nach der Erfindung, wie das Beispiel zeigt, besonders stabile Stromspannungskennlinien haben, ist ihre Ausschußquote verglichen mit bisher bekannten Varistoren wesentlich geringer. Da die Varistoren Eisenoxid und Kupferoxid als Rohmaterialien verwenden, sind sie überdies auch in den Kosten vorteilhaft.

Das folgende Beispiel dient der Darstellung der Erfindung.

Beispiel

Der Sinterkörper wird auf übliche Weise hergestellt. Das Ausgangsmatenal in der in Tabelle I definierten Zusammensetzung wird in einer Topfmühle gemischt, um eine homogene Mischung /u erzeugen. Die Mischung wird in einem Trockner getrocknet und in einer Form bei einem Druck von etwa 981 bar (1000 kg/cm²) in eine Scheibe von 15 mm Durchmesser und 2 mm Dicke gepreßt. Die gepreßte Scheibe wird bei etwa 1000'C in Luft getrocknet und ergibt das Sinicrplattchen 1. Wie oben beschrieben besteht eine akiivc Grenzschicht an den Berührungsflächen der Sinterplättchen 1. an welcher keine Silberelekirode anliegt. Wenn daher die Sinterplallchen 1 einander überlagern, wird ein großer Widcrstandswert /^[kU] cr/eugt. Die gemessenen Werte /?j. V₀. λ des so hergestellten Varistors sind in Tabelle I dargestellt. In Tabelle I ist der Wert V₀ eine Spannung bei / = I mA. Weiter sind der Widerslandswert /?o[ki2] und die ThermistorkonMarie ß[K des Sinierplättchcns I auf übliche Weise gemessen, und die Werte Rn. ßund Π R_n sind in T.ihetle I ebenfalls dargestellt.

Tabelle I

Zusammensetzung des Sinterkörpers

Fe₂O₃ (Mol.-%)	66	50	40	34
CuO (Mol.-Vo)	34	50	60	66
Au (kii)	0,5	0,1	0,04	0,01
B(⁰K)	2100	1900	1100	1500
R₂ (kii)	130	125	125	125
K₁₁ (V)	19	19	19	19
«(-)	5	5	L/i	5
B ■ R_u (kii ⁰K)	1050	190	44	15

i> Wie Tabelle I zeigt, sind die Werte B-R₀ der Sinterkörper durchweg nicht größer als 10 000 [kii K]. Die gemessenen Werte von Varistoren, welche durch Überlagerung von zwei bis vier Plättchen des Sinterkörpers bestehend aus Fe?Oj (50 Mol.-%) und

_>u CuO (50 Mol.-o/o) wie in Tabelle I geneigt hergestellt sind, sind in Tabelle Il angegeben.

Tabelle II

Plättchenanzahl

2 3 4

R_? (kii)

iii al~)

125

19,0

250
38,5
4

Tabelle Il zeigt, daß durch Überlagern von mehr als drei Plättchen derartiger Sinterkörper Varistoren guter Qualität mit verschiedenen Werten V₀ hergestellt werden können.

Zum Vergleich mit dem vorausgehenden Beispiel sind auf die gleiche Weise hergestellte Sinterkörper mit anderen Ausgangsmaterialien in Tabelle MI aufgeführt.

Tabelle III

Zusammensetzung des Sinterkörpers

F«,O, (MoI.-"/,)	70	0	0	50
MnO, (Mol.-%)	0	70	66	0
CuO (MoI.-⁰'.)	30	30	34	50
R₁, (klJ)	20	20	10	6
S(⁰K)	4500	4500	6000	3500
R, (k<2)	140	140	30	50
R₁, S(kiJ°K)	90 000	90 000	60 000	21000

Wie Tabelle III zeigt, sind die Werte B- R_n der Sinterkörper alle großer als 10 000 [kn K]. Ein W'deutand. welcher durch Überlagern zweier Plättchen dieser Sinterkörper hergestellt wird, zeigt e'ne instabile Stromspannungskennlinie wie in Fig. j dargestellt und ist so als Varistor ungeeignet.

Hicr/u I HIaII Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Varistor mit einem negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandswertes, bestehend aus mehreren, einander überlagerten, aus einem Gemisch von Eisenoxid und einem weiteren Metalloxid zusammengesetzten Sinterplättchen, die an der Kontaktfläche eine spannungsabhängige aktive Grenzschicht aufweisen und deren äußere gegenüberliegende Oberflächen mit Elektroden versehen sind, wobei der Varistor mit einem isolierenden Überzugsmaterial überzogen ist, d a durch gekennzeichnet, daß das weitere Metalloxid Kupferoxid (CuO; ist, daß die Sinterpläuchen (1) aus 66 bis 34 Mol.-°/o Eisenoxid (FejOa) und 34 bis 66 Mol.-% Kupferoxid (CuO) bestehen und eine Thermistorkonstante B [K] und einen Widerstandswert ^o[kn] bei 273 K haben, welcher der Beziehung B-R₀S 10000 [kQ ■ K] genügt, und daß wenigsit-as zsvei Sinterplättchen (1) unmittelbar aneinander anliegen.