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Spannungs nichtlineare Widerstände Die Erfindung bezieht sich auf
spannungsnichtlineare Widerstände mit nichtohmschem Widerstand, der auf die Masse
des Widerstands zurückzuführen ist, und im spezielleren auf Varistoren, die als
wirksame Elemente von Uberspannungsableitern bzw. Blitzableitern geeignet sind und
Zinkoxid, Wismutoxid, Antimonoxid und Chromfluorid enthalten.
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Zahlreiche spannungsnichtlineare Widerstände, wie z.B. Siliciumcarbidvaristoren,
Selengleichrichter und Germanium- oder Silicium-p-n-flächengleichrichter, sind in
grossem Umfang zur Stabilisierung der Spannung oder des Stroms von elektrischen
Stromkreisen oder zur Unterdrückung von in elektrischen Stromkreisen induzierter
abnormer hoher Uberspannung verwendet worden. Die elektrischen Charakteristiken
eines solchen spannungsniohtlinearen Widerstands werden durch die Gleichung
ausgedrückt, in der V die Spannung über dem Widerstand, I der durch
den Widerstand fliessende Strom, C eine Konstante, die der Spannung bei einem gegebenen
Strom entspricht, und der Exponent n ein Zahlenwert grösser als 1 ist. Der Wert
für n wird nach der folgenden Gleichung berechnet: 1og10( 12/11) (2) 1og10(V2/V1)
in der V1 und V2 die Spannungen bei gegebenen Strömen 11 und I2 sind. Der geeignete
Wert für C hängt von der Art der Anwendung ab, für die der Widerstand eingesetzt
werden soll. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, wenn der Wert n so gross wie möglich
ist, weil dieser Exponent das Ausmass bestimmt, mit dem die Widerstände von den
ohmschen Eigenschaften abweichen. Einfacherweise wird der Wert, der durch I1, I2,
Vl und V2, wie in der Gleichung (2) angegeben ist, definiert ist, zur Unterscheidung
von dem Wert, der mittels anderer Ströme oder Spannungen berechnet wird, mit n1
und n2 bezeichnet.
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Nichtlineare Widerstände, die gesinterte Körper aus Zinkoxid mit Zusätzen
oder ohne Zusatz und an den Körpern angebracht nichtohmsche Elektroden enthalten,
sind schon beschrieben worden, wie den US-Patentschriften 3 496 512, 3 570 002 und
3 503 029 zu entnehmen ist. Die Nichtlinearität solcher Varistoren ist auf die Grenzschicht
zwischen dem gesinterten Körper aus Zinkoxid mit Zusätzen oder-ohne Zusätze und
die Silberfarbelektrode zurückzuführen und wird hauptsächlich durch Änderung der
Zusammensetzung des gesinterten Körpers und der Sjtlberfarbelektrode reguliert.
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Daher ist es nicht einfach, den C-Wert innerhalb einesgrossen Bereichs
einzustellen, nachdem der gesinterte Körper hergestellt worden ist. In gleicher
Weise ist es bei Varistoren, die Germanium- oder Silicium-p-n-flächengleichrichter
aufweisen, schwebrig, den C-Wert innerhalb eines grossen Bereichs zu regulieren,
weil die Nichtlinearität dieser Varistoren nicht auf der Masse selbst, sondern auf
dem p-n-2bergang beruht. Ausserdem ist es fast unmplich, bei den Varistoren und
den Germanium- und Siliciumdiodenvaristoren
eine Kombination von
einem C-Wert über 100 Volt, einem n-Wert über 10 und einen hohen Sberspannungswiderstand
mit einer Toleranz für einen Stromstoß über 100 A zu erzielen.
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Andererseits weisen die Siliciumcarbidvaristoren eine Nichtlinearität
auf, die auf den Kontakten unter den einzelnen Siliciumcarbidkörnchen, die durch
ein keramisches Bindemittel miteinander gebunden sind, d.h. auf der Masse selbst
beruht, und wird der C-Wert durch Änderung einer Dimension in der Richtung, in der
der Strom durch den Varistor fliesst, reguliert. Ausserdem haben die Silioiumcarbidvaristoren
einen hohen Uberspannungswiderstand und sind als wirksames Element von Überspannungsableitern
geeignet.
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Die wirksamen Elemente werden im allgemeinen so angewendet, dass sie
in Reihe mit ladungsfunkenstrecken geschaltet sind und der Grad der Entladespannung
und des nachfolgenden Stroms bestimmt ist. Die Siliciumcarbidvaristoren weisen jedoch
einen relativ niedrigen n-Wert, der von 3 bis 7 reicht, auf, was zu einer geringen
Ableitung des Uberspannungsstoßes oder zu einer Erhöhung des nachfolgenden Stroms
führt. Ein anderer Nachteil der Ableiter, die Entladungsfunkenstrecken als Komponenten
enthalten, besteht darin, dass sie nicht sofort auf eine Stoßspannung mit sehr kurzer
Anstiegdauer, wie z.B. unter 1 l/us, reagieren. Es ist wünschenswert, dass der Ableiter
den erspannungsstoß ableitet und den nachfolgenden Strom auf einem so geringen Grad
wie möglich hält und sofort auf Stoßspannung reagiert.
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Es sind andererseits spannungsnichtlineare Widerstände vom Massentyp
bekannt, die einen gesinterten Körper aus Zinkoxid mit Zusätzen aus Wismutoxid und
Antimonoxid und/oder Manganoxid enthalten (US-Patentschrift 3 663 458). Bei diesen
Zinkoxidvaristoren vom Massentyp ist der C-Wert durch Änderung des Abstands zwischen
den Elektroden steuerbar. Diese Zinkoxidvaristoren haben eine ausgezeichnetd Nichtlinearität
bei einem Wert über 10 in einen Strombereich unter 10 A/cm2. Bei einem Strom über
10 A/cm2 sinkt Jedoch der n-Wert auf einen Wert unter 10 ab. Die Kraftableitung
für die Stromstoßenergie zeigt einen relativ niedrigen Wert im
Vergleich
mit dem des herkömmlichen Siliciumcarbidableiters, so dass der Änderungsgrad des
C-Wertes 20 % überschreitet, nachdem zwei Standardüberspannungsstöße von 4 x 10
us in Wellenform mit einem Höchststrom von 1500 A/cm² an den genannten Zinkoxidvaristor
vom Massentyp angelegt wurden. Es ist noch ein anderer Zinkoxidvaristor vom Massentyp
bekannt, der als Zusatz Manganfluorid enthält, wie der US-Patentschrift 3 642 664
zu entnehmen ist. Dieser Varistor zeigt eine ausgezeichnete Nichtlinearität, doch
liegt bei diesem Varistor, wenn er als Ableiterelement eingesetzt wird, ein wesentlicher
schwacher Punkt in seiner Schwäche für einen Stromstoß. Die Nichtlinearität des
Varistors verschlechtert sich leicht bei einem Stromstoß von 100 A/cm².
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen spannungsnichtlinearen
Widerstand mit einer Nichtlinearität, die auf die Masse selbts zurückzuführen ist,
und einem hohen n-Wert auch in einem Strombereich über 10 A/cm² zur Verfügung zu
stellen.
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Nach der Erfindung soll ferner ein spannungsnichtlinearer Widerstand
mit einer hohen Kraftableitung für Stromstoßenergie geschaffen werden.
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Nach einer weiteren Aufgabe soll die Erfindung einen Ab leiter schaffen,
der durch eine starke Ableitung bei einem Überspannungse stoß und durch einen geringen
nachfolgenden Strom ausgzeichnet ist.
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Diese und andere Ziele der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung
und der dazugehörigen Zeichnung ersichtlich, in der die Figur 1 einen teilweisen
Querschnitt eines spannungsnichtli nearen Widerstands wiedergibt und die Figuren
2 und 3 teilweise Querschnittsansichten eines Ableiters nach der Erfindung sind.
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Bevor die nach der Erfindung vorgeschlagenen spannungsnichtlinearen
Widerstände im einzelnen beschrieben werden, soll deren Aufbau unter Bezugnahme
auf die Figur 1 erläutert werden, in der die Ziffer 10 einen spannungsnichtlinearen
Widerstand als Ganzen
bezeichnet, der alswirksames Element einen
gesinterten Körper 1 mit einem Paar Elektroden 2 und 3 enthält, die an den gegenüberliegenden
Oberflächen des Körpers angebracht sind. Der gesinterte Körper 1 wird auf eine nachfolgend
beschriebene Art und Weise hergestellt. Leitungsdrähte 5 und 6 sind mit den Elektroden
2 und 3 durch ein Verbindungsmittel 4, wie z.B. ein Lötmittel oder dergl., leitend
verbunden.
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Ein spannungsnichtlinearer Widerstand nach der Erfindung enthält einen
gesinterten Körper mit einer Zusammensetzung, die als Zusatz 0,1 bis 3,0 Mol-% Wismutoxid
(Bi203), 0,05 bis 3,0 Mol-Antimonoxid (Sb2O3) und 0,1 bis 3,0 Mol-% Chromfluorid
(CrF3) und als Rest, d.h. als Hauptbestandteil Zinkoxid (ZnO) aufweist, sowie die
an den gegenüberliegenden Oberflächen des gesinterten Körpers angebrachten Elektroden.
Ein solcher spannungsnichtlinearer Widerstand hat einen niohtohmschen Widerstand,
der auf die Masse selbst zurückzuführen ist. Daher kann der C-Wert des Widerstands
ohne Beeinträchtigung des n-Werts durch Änderung des Abstands zwischen den genannten
gegenüberliegenden Oberflächen geändert werden. Nach der Erfindung hat der Widerstand
einen hohen n-Wert in einem Strombereich über 10 A/cm2 und eine grosse Beständigkeit
bei Stromstößen.
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2 Ein höherer n-Wert in einem Strombereich über 10 A/cm kann erzielt
werden, wenn der gesinterte Körper ausserdem 0,1 bis 3,0 Mole Kobaltoxid (CoO) oder
0,1 bis 3,0 Mol-% Manganoxid (MnO) enthält.
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Nach der Erfindung können ein höherer n-Wert in einem Strombereich
über 10 A/cm² und eine grössere Beständigkeit bei Stromstössen erzielt werden, wenn
der gesinterte Körper als Hauptbestandteil Zinkoxid (ZnO) und als Zusatz 0,1 bis
3,0 Mol-% Wismutoxid (Bi203), 0,05 bis 3,0 Mol-% Antimonoxid (Sb2O3), 0,1 bis 3,0
Mol-% Chromfluorid (CrF3)> 0,1 bis 3,0Mol-% Kobaltoxid (CoO), 0,01 bis 3,0 Mol-%
Manganoxid (MnO) und ausserdem entweder 0,05 bis 3,0 Mol-% Chromoxid (Cr203) oder
0,1 bis 3,0 Mol-% Zinnoxid (SnO2) oder 0,1 bis 10,0 Mol-% Siliciumdioxid (SiO2)
enthält.
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Nach der Erfindung wird der Widerstand hinsichtlich seines n-Werts
in einem Strombereich über 10 A/cm² und der Beständigkeit bei Stromstössen erhablich
verbessert, wenn der gesinterte Körper im wesentlichen aus 99,4 bis 72 Mol-% Zinkoxid
(ZnO) und als Zusatz aus 0,1 bis 3,0 Mol-% Wismutoxid (Bi203), 0,05 bis 3,0 Mol-
Antimonoxid (Sb203), 0,1 bis 3,0 Mol-% Chromfluorid (CrF3), 0,1 bis 3,0 Mol-% Kobaltoxid
(CoO), 0,1 bis 3,0 Mol-% Manganoxid (MnO), 0,05 bis 3,0 Mol-% Chromoxid (Cr203)
und 0,1 bis 10,0 Mol-Siliciumdioxid (SiO2) besteht.; Wenn nach der Erfindung wenigAæns
ein spannungsnichtlinearer Widerstand, der im wesentlichen aus einem gesinterten
Körper mit einer Zusammensetzung besteht, die als Hauptbestandteil Zinkoxid und
als Zusatz 0,1 bis 3,0 Mol-% Wismutoxid (Bi203), 0,05 bis 3,0 Mol- Antimonoxid (Sb2O3)
und 0,1 bis 3,0 Mol-% Chromfluorid (CrF3) aufweist, mit Elektroden auf den gegenüberliegenden
Oberflächen versehen und dieser gesinterte Körper an einem Ableiter als wirksames
Element angebracht wird, weist der erhaltene Ableiter einen verminderten nachfolgenden
Strom und eine verbesserte Ableitung sowie eine verbesserte Energiedämpfung für
einen Uberspannungsstoß auf.
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Wenn nach der Erfindung wenigstens ein spannungsnichtlinearer Widerstand,
der im wesentlichen aus einem gesinterten Körper aus 99,4 bis 72,0 Mol- Zinkoxid
(ZnO), 0,1 bis 3,0 Mol- Wismutoxid (Bi203), 0,05 bis 3,0 Mol-% Antimonoxid (Sb203),
0,1 bis 3,0 Mol-% Chromfluorid (CrF3), 0,1 bis 3,0 Mol-% Kobaltoxid (CoO), 0,1 bis
3,0 Mol-% Manganoxid (MnO), 0,05 bis 3,0 Mol-% Chromoxid (Cr203) und 0,1 bis 10,0
Mol-% Siliciumdioxid (SiO2) besteht, mit Elektroden an den gegenüberliegenden Oberflächen
versehen und dieser gesinterte Körper an einem Ableiter alswirksames Eleement angebracht
wird, weist der erhaltene Ableiter einen nochweiter verminderten nachfolgenden Strom
und eine noch weiter verbesserte Ableitung sowie eine verbesserte Energiedämpfung
für einen Uberspannungsstoß auf.
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Der gesinterte Körper 1 kann nach einer auf dem Gebiet der Keramik
an sioh bekannten Verfahrensweise hergestellt werden. Die Ausgangsstoffe mit den
oben beschriebenen Zusammensetzungen werden in einer Naßmühle unter Bildung homogener
Mischungen vermischt. Die Gemische werden getrocknet und in einer Form 2 mit einem
Druck von 50 bis 500 kg/cm zu der gewünschten Körpergestalt verpresst. Die verpressten
Körper können in Luft bei 1000 bis 14500 C 1 bs 10 Stunden gesintert und dann im
Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt werden (auf etwa 15 bis etwa 300 C).
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Die Gemische können zur leichteren Handhabung beim nachfolgenden Preßvorgang
zunächst bei 700 bis 1000° C kalziniert und dann pulverisiert werden. Das zu verpressende
Gemisch kann mit einem geZgneten Bindemittel, wie z.B. Wasser, Polyvinylalkohol
usw., vermischt werden. Es ist vorteilhaft, wenn der gesinterte Körper an den gegenüberliegenden
Oberflächen mit Schleifpulver, wie z.B.
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mit Siliciumcarbid mit einem mittleren Teilchengrössendurchmesser
von 50 bis 10 /um, geschliffen bzw. poliert wird. Diegesinterten Körper werden an
den gegenüberliegenden Oberflächen mit Elektroden mittels eines verfügbaren und
geeigneten Verfahrens, wie z.B.
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mittels eines Silberfarbanstrichs, nach einem Vakuumaufdampfverfahren
oder durch Spritzmetallisierung, wie z.B. mit Al, Zn, Sn usw., versehen.
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Die spannungsnichtlinearen Eigenschaften werden praktisch nicht durch
die Art der benutzten Elektroden, sondern durch die Dicke der gesinterten Körper
beeinflusst. Insbesondere ändert sich der C-Wert im Verhältnis zu der Dicke der
gesinterten Körper, während der n-Wert von der Dicke fast unabhängig ist. Dieses
besagt, dass die Spannungsnichtlinearität auf die Masse selbst und nicht auf die
Elektroden zurückzuführen ist.
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Leitungsdrähte können nach an sich bekannter Art und Weise unter Verwendung
eines üblichen Lötmittels angebracht werden. Es ist bequem, einen leitfähigen Klebstoff,
der Silberpulver und Harz in einem agansichen Lösungsmittel enthält zum Verbinden
der Leitungsdrähte mit den Elektroden zu verwenden. Die spannungsnichtlinearen Widerstände
nach der Erfindung weisen eine grosse Beständigkeit
gegenüber der
Temperatur und bei einem Stromstoßtest auf, der durch Anwendung eines Uberspannungsstoßes
nach JEC (Japanese Elektrotechnical Committee)-156 Standard ausgeführt wird. Der
n-Wert und der C-Wert ändern sich nicht merklich nach Erwärmungszyklen und dem Stromstoßtest.
Zur Erzielung einer grossen Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitund starkem Stromstoß
ist es vorteilhaft, die erhaltenen spannungsnichtlinearen Widerstände in einem feuchtigkeitsfesten
Harz, wie z.B. einem Epoxyharz und Phenolharz, in an sich bekannter Weise einzubetten.
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Wenn spannungsnichtlineare Widerstände nach der Erfindung als wirksames
Element verwendet werden, ist der erhaltene Ableiter wesentlich hinsichtlich des
nachfolgenden Stroms und des Ableitevermögens bei uberspannungsstössen verbessert.
Die Figur 2 gibt einen Querschnitt eines Ableiters wieder, worin die Hinweis ziffer
20 einen Ableiter als Ganzen bezeichnet, der einen oder mehrere spannungsnichtlineare
Widerstände 11 nach der Erfindung als wirksames Element enthält, das in Reihe mit
einer oder mehreren Entladungsfunkenstrecken 12, Federn 13 und Rohranschlußstücken
14 und 15 verbunden ist. Die Ableiterelemente sind in nach dem Naßverfahren gewonnenem
Porzellan 16 eingehüllt. Der Ableiter wird auf einem Niveau unter 1juA hinsichtlich
des nachfolgenden Stroms und auf einem Niveau über 2000 A/cm hinsichtlich der Stromstoßdämpfung
gehalten. Die Figur 3 ist eine Querschnittsansicht eines anderen Ableiters, worin
die Bezugsziffer 30 einen Ableiter als Ganzen bezeichnet, der wenigstens einen spannungsnichtlinearen
Widerstand nach der Erfindung enthält. Bei der in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform
bedeuten gleiche Bezugsziffern wie in der Figur 2 die gleichen Elemente. Der Ableiter
nach der Figur 3 ist hinsichtlich seiner Konstruktion dadurch ausgezeichnet, dass
er keine Entladungsfunkenstrecken hat, sowie hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften
dadurch ausgeZeichnet, dass er eine Reaktionszeit unter 0,1 /us gegenüber einem
hohen Stromstoß mit sehr scharfem Anstieg ausser den ausgezeichneten Eigenschaften
hinsichtlich des nachfolgenden Stroms und der Stromstoß dämmung hat. In den nachfolgenden
Beispielen werden zur Zeit bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung erläutert.
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Beispiel 1 Ausgangsmaterial, bestehend aus 98,0 Mol-% Zinkoxid, 0,5
Mol-Wismutoxid, 1,0 Volt% Antimonoxid und 0,5 Mol-% Chromfluorid, wird in einer
Naßmühle 24 Stunden lang vermischt. Das Gemisch wird getrocknet und in einer Form
zu Scheiben mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Dicke von 25 mm mit einem
Druck von 250 kg/cm² verpresst.
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Die verpressten Körper werden in Luft unter der in der Tabelle 1 angegebenen
Bedingung gesintert und dann im Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt. Der gesinterte
Körper wird auf den gegenüberliegenden Oberflächen zu der in der Tabelle 1 angegebenen
Dicke mit Siliciumcarbidschleifpulver mit einem mittleren Teilchengrössendurchmesser
von 30/um geschliffen. Die gegenüberliegenden Oberflächen des gesinterten Körpers
werden durch Spritzmetallisierung mit einem Aluminiumfilm in an sich bekannter Weise
versehen.
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Die elektrischen Eigenschaften deserhaltenen gesinterten Körpers werden
in der Tabelle 1 angegeben, die erkennen lässt, dass sich der C-Wert annähernd in
einem Verhältnis zu der Dicke des gesinterten Körpers ändert, während der n-Wert
im wesentlichen von der Dicke unabhängig ist. Es ist leicht zu erkennen, dass die
Nichtlinearität des gesinterten Körpers auf den gesinterten Körper selbst zurückzuführen
ist.
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Tabelle 1 Dicke (mm) C n Sinterbedingung (bei lmA) O,l-lmA anfangs
(20) 1800 13 12000 C, 5 h 15 1345 13 12000 C, 5 h 10 900 13 12000 C, 5 h 5 455 13
12000 C, 5 h .
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anfangs (20) 1700 12 1350 C, 1 h 15 1250 13 1350° C, 1 h 10 840 12
13500 C, 1 h 5 430 12 13500 C, 1 h anfangs (20) 3500 14 10000 C, 10 h 15 2670 14
10000 C, 10 h 10 1750 15 10000 C, 10 h 5 880 14 10000 C, 10 h
Beispiel
2 Zinkoxid, das Wismutoxid, Antimonoxid und Chromfluorid mit einer in der Tabelle
2 angegebenen Zusammensetzung enthält, wird nach dem Verfahren des Beispiels 1 zu
spannungsnichtlinearen Widerständen verarbeitet. Die Dicke beträgt 20 mm. Die erhaltenen
elektrischen Eigenschaften sind in der Tabelle 2 angegeben, in der die Wert von
n1 und n2 die n-Werte sind, die für 0,1 mA bis 1 mA sowie für 100 bis 1000 A gelten.
Der Impulstest wird durch Anwendung von zwei Impulsen von 4 x 10/us, 10000 A, durchgeführt.
Es kann leicht erkannt werden, dass die gemeinsame Zugabe von WismutcPbd, Antimonoxid
und Chromfluorid als Zusatz zu einem hohen n-Wert und geringen Anderungsgraden führt.
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T a b e l l e 2 Zusätze (Mol-%) ElektrischeEigenschaften Änderungsgrade
nach dem des erhaltenen Widerstands Test (%) Bi2O3 Sb2O3 CrF3 C n1 n2 (bei 1mA)
#C #n1 #n2 0,1-1mA 100-1000A 0,1 0,05 0,1 1380 11 10 -18 -16 -8,0 0,1 0,05 3,0 1050
11 10 -18 -17 -7,9 0,1 3,0 0,1 1880 11 10 -16 -16 -7,4 0,1 3,0 3,0 1720 12 10 -17
-16 -8,1 3,0 0,05 0,1 2200 11 11 -15 -14 -5,1 3,0 0,05 3,0 1950 12 11 -17 -14 -7,5
3,0 3,0 0,1 2390 12 10 -14 -13 -4,4 3,0 3,0 3,0 2170 11 11 -16- -14 -4,8 0,5 1,0
0,5 1800 13 12 -13 -12 -3,9
Beispiel 3 Zinkoxid und die in der
Tabelle 3 angegebenen Zusätze werden nach dem Verfahren des Beispiels 1 zu spannungsnichtlinearen
Widerständen verarbeitet. Die elektrischen Eigenschaften der erhaltenen Widerstände
werden in der Tabelle 3 angegeben. Die Anderungsgrade für C- und n-Werte nach Durchführung
des Impulstests nach der in dem Beispiel 2 angegebenen Methode werden ebenfalls
in der Tabelle 3 angegeben. Es ist leicht zu erkennen, dass der weitere Zusatz von
Kobaltoxid oder Manganoxid zu einem höheren n-Wert und geringeren Änderungsgraden
als denen des Beispiels 2 führt.
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T a b e l l e 3 Zusätze (Mol-%) Elektrische Eigenschaften Änderungsgrade
nach des erhaltenen Widerstands dem Test (%) Bi2O3 Sb2O3 CrF3 CoO MnO C n1 n2 (bei
1mA) #C #n1 #n2 0,1-1mA 100-1000A 0,1 0,05 0,1 0,1 --- 900 16 12 -14 -14 -8,0 0,1
0,05 0,1 3,0 --- 1040 17 12 -14 -12 -5,9 0,1 0,05 3,0 0,1 --- 870 17 13 -12 -11
-6,1 0,1 3,0 0,1 0,1 --- 1290 18 12 -13 -13 -6,4 3,0 0,05 0,1 0,1 --- 1100 17 13
-13 -14 -7,2 0,1 0,05 3,0 3,0 --- 1080 19 14 -11 -12 -5,8 0,1 3,0 0,1 3,0 --- 1320
20 12 -13 -12 -6,4 3,0 0,05 0,1 3,0 --- 1280 #0 11 -14 -12 -7,1 0,1 3,0 3,0 0,1
--- 1200 20 13 -13 -11 -6,4 3,0 0,05 3,0 0,1 --- 1150 18 12 -13 -13 5,8 3,0 3,0
0,1 0,1 --- 1500 18 13 -12 -13 -6,1 0,1 3,0 3,0 3,0 --- 1480 20 11 -14 -9,9 -5,0
3,0 0,05 3,0 3,0 --- 1408 19 11 -11 -10 -7,4 3,0 3,0 0,1 3,0 --- 1790 19 12 -11
-10 -4,8 3,0 3,0 3,0 0,1 --- 1590 19 14 -13 -12 -5,9 3,0 3,0 3,0 3,0 --- 1750 18
12 -12 -10 -6,2 0,5 1,0 0,5 0,5 --- 1600 22 15 -10 -8,5 -3,1
0,1
0,05 0,1 --- 0,1 1100 21 14 -14 -13 -7,5 0,1 0,05 0,1 --- 3,0 1160 20 13 -14 -13
-6,1 0,1 0,05 3,0 --- 0,1 950 21 12 -13 -13 -6,1 0,1 3,0 0,1 --- 0,1 1410 21 14
-13 -12 -7,2 3,0 0,05 0,1 --- 0,1 1150 22 15 -12 -11 -5,9 0,1 0,05 3,0 --- 3,0 1170
20 14 -11 - 12 -6,3 0,1 3,0 0,1 --- 3,0 1400 19 13 -12 -11 -7,0 3,0 0,05 0,1 ---
3,0 1400 19 14 -13 -11 -5,9 0,1 3,0 3,0 --- 0,1 1390 18 14 -12 -11 -5,7 3,0 0,05
3,0 --- 0,1 1310 21 15 -13 -12 -4,8 3,0 3,0 0,1 --- 0,1 1750 19 14 -13 -13 -6,3
0,1 3,0 3,0 --- 3,0 1600 19 13 -11 -12 -6,7 3,0 0,05 3,0 --- 3,0 1600 20 12 -11
-11 -5,7 3,0 3,0 0,1 --- 3,0 2000 20 15 -12 -14 -4,9 3,0 3,0 3,0 --- 0,1 1750 21
14 -13 -13 -5,3 3,0 3,0 3,0 --- 3,0 1950 22 13 -11 -12 -4,7 0,5 1,0 0,5 --- 0,5
1700 24 17 -10 -8,0 -2,9
Beispiel 4 Zinkoxid und die in der Tabelle
4 angegebenen Zusätze wrden nach dem Verfahren des Beispiels 1 zu spannungsnichtlinearen
Widerständen verarbeitet. Die elektrischen Eigenschaften der erhaltenen Widerstände
werden in der Tabelle 4 angegeben. Es ist leicht zu erkennen, dass der weitere Zusatz
von Zinnoxid, Chromoxid, Siliciumdioxid oder Chromoxid und Siliciumdioxid zu einem
höheren n-Wert und geringeren Änderungsgraden als danen des Beispiels 3 führt. Die
Änderungsgrade von V- und n-Werten nach dem Impulstest, der nach der in dem Beispiel
2 beschriebenen Methode durchgeführt wurde, sind ebenfalls in der Tabelle 4 angegeben.
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T a b e l l e 4 s Zuätze (Mol-%) Elektrische Eigenschaften Änderungsgrade
nach des erhaltenen Widerstands dem Test (%) Bi2O3 Sb2O3 CrF3 CoO MnO SnO2 Cr2O3
SiO2 C n1 n2 (bei 1mA) #C #n1 #n2 0,1-1mA 100-1000A 0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 0,1 ---
--- 1800 32 20 -10 -10 -5,7 0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 0,5 --- --- 2000 39 18 -9,4 -9,0
-3,9 0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 3,0 --- --- 2150 34 19 -11 -8,4 -4,2 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5
0,1 --- --- 2260 38 21 -9,7 -6,4 -3,8 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 0,5 --- --- 2500 42 23
-8,0 -5,9 -2,5 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 3,0 --- --- 2650 37 20 -10 -10 -4,1 3,0 3,0 3,0
3,0 3,0 0,1 --- --- 3000 36 20 -10 -7,9 -3,8 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 0,5 --- --- 3200
38 19 -11 -8,3 -5,4 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 --- --- 3600 35 17 -11 -10 -6,2 0,1
0,05 0,1 0,1 0,1 --- 0,05 --- 2200 35 20 -12 -9,4 -6,1 0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 ---
0,5 --- 2310 39 17 -10 -8,0 -4,0 0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 --- 3,0 --- 2500 40 20 -11
-9,1 -4,5 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 --- 0,05 --- 2600 39 20 -9,3 -7,5 -5,2 0,5 1,0 0,5
0,5 0,5 --- 0,5 --- 3000 45 25 -7,1 -6,0 -2,5 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 --- 3,0 --- 3050
42 19 -9,5 -8,1 -5,3 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 --- 0,05 --- 3700 40 20 -10 -9,4 -6,0 3,0
3,0 3,0 3,0 3,0 --- 0,5 --- 3900 37 21 -10 -10 -6,4 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 --- 3,0
--- 4200 36 20 -10 -9,5 -7,0
0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 --- --- 0,1 2300
36 20 -10 -10 -5,0 0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 --- --- 0,5 2500 37 21 -9,7 -9,5 -6,1 0,1
0,05 01, 0,1 0,1 --- --- 10,0 5850 40 20 -9,7 -8,4 -4,8 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 ---
--- 0,1 2770 39 19 -10 -7,2 -3,8 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 --- --- 0,5 3200 45 20 -8,1
-5,1 -2,4 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 --- --- 10,0 5500 40 21 -9,5 -9,0 -5,7 3,0 3,0 3,0
3,0 3,0 --- --- 0,1 3600 40 20 -8,7 -9,3 -6,1 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 --- --- 0,5 4200
39 20 -8,1 -7,2 -6,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 --- --- 10,5 9800 42 21 -9,4 -9,1 -5,7
0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 --- --- 0,05 0,1 2800 40 20 -9,4 -7,9 -5,0 0,1 0,05 0,1 0,1
0,1 --- --- 0,05 0,5 3110 47 21 -7,0 -7,2 -5,1 0,1 0,05 0,1 0,1 0,1 --- --- 0,05
10,0 4800 41 24 -8,4 -5,9 -6,1 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 --- --- 0,5 0,1 3210 43 23 -7,2
-6,9 -7,2 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 --- --- 0,5 0,5 4200 50 25 -6,0 -4,8 -2,0 0,5 1,0
0,5 0,5 0,5 --- --- 0,5 10,0 5300 43 22 -7,4 -5,3 -4,4 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 --- ---
3,0 0,1 4500 43 22 -8,1 -7,5 -4,4 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 --- --- 3,0 0,5 5120 41 20
-7,5 -6,1 -5,1 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 --- --- 3,0 10,0 9000 39 21 -8,9 -6,1 -5,2
Beispiel
5 Die Widerstände der Beispiele 2, 3 und 4 werden nach einer Methode getestet, die
für elektronische Bestandteile in grossem Maße angewendet wird. Der periodische
Erwärmungstest wird durch fUnfmaliges Wiederholen eines Zyklus durchgeführt, bei
dem die Widerstände 30 Minuten bei 850 C Umgebungstemperatur gehalten, dann schnell
auf -200 C abgekühlt und bei dieser Temperatur 30 Minuten lang gehalten werden.
Der Feuchtigkeitstest wird bei 400 C und einer relativen Feuchtigkeit von 95 % innerhalb
von 1000 Stunden durchgeführt. Die Tabelle 5 zeigt die mittleren Änderungsgrade
von C- und n-Werten von Widerständen nach dem periodischen Erwärmungstest und dem
Feuchtigkeitstest. Es ist leicht zu erkennen, dass Jede Probe einen geringen Änderungsgrad
aufweist.
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Tabelle 5 Beispiel Nr. Periodischer Erwärmungstest Feuchtigkeitstest
(%) (%)
Beispiel 2 -4,8 -6,4 -5,0 -5,1 -6,9 -6,1 Beispiel 3 -2,9 -5,9 -3,7 -3,6 -5,5 -3,9
Beispiel 4 -1,9 -3,8 -1,3 -1,2 -3,8 -1,1
Beispiel 6 Die spannungsnichtlinearen
Widerstände der Beispiele 2, 3 und 4 werden in einen Ableiter eingebaut, wie in
der Figur 2 dargestellt ist, und zwar durch Reihenschaltung von 3 Widerstandsteilen
undeiner Entladungsfunkenstrecke. Der C-Wert der genannten Gesamtteile des spannungsnichtlinearen
Widerstands ist etwa 7000 Volt. Der Impulstest wird durch Anlegen von 2 Impulsen
von 4 x 10/us, 1500 A/cm2, überlagert einer Wechselspannung von 3000 Volt, ausgetührt.
Der nachfolgende Strom des Ableiters zeigt einen Wert unter 1 e , wie in der Tabelle
6 angegeben ist, und die Änderungsgrade der elektrischen Eigenschaften nach dem
Test zeigen die gleichen Ergebnisse wie der Impulstest von den Beispielen 2, 3 und
4.
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Tabelle 6 Beispiel Nr. Nachfolgender Strom Beispiel 2 unter 1 1 Beispiel
3 unter OJ5/UA Beispiel 4 unter O,l/uA Beispiel 7 Die spannungsnichtlinearen Widerstände
der Beispiele 2, 3 und 4 werden in einen Ableiter eingebaut, wie in der Figur 3
dargestellt ist, und zwar durch Reihenschaltung von 3 Widerstandsteilen. Der C-Wert
der gksinnten Gesamtteile des spannungsnichtlinearen Widerständes ist etwa 7000
Volt. Der Impulstest wird nach der in dem Beispiel 6 beschriebenen Methode durchgeführt.
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Der nachfolgende Strom zeigt einen Wert unter l/uA, wie in der Tabelle
6 angegeben ist, und die Änderungsgrade der elektrischen Eigenschaften nach dem
Test zeigen die gleichen Ergebnisse wie der Impulstest von den Beispielen 2, 3 und
4. Ein anderer Impulstest wird durch Anlegen eines Impulses mit einer Anstiegzeit
von 0,01 µs augeführt. Die Anstiegzeit des durch den Ableiter fliessenden Stroms
ist unter 0,05 µs.
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- Patentansprüche -