DE2342172C3 - Spannungsabhängiger Widerstand mit Zinkoxid als Hauptbestandteil - Google Patents
Spannungsabhängiger Widerstand mit Zinkoxid als HauptbestandteilInfo
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Description
Die Erfindjnig betrifft einen spannungsabhängigen
Widerstand, bestehend aus einem gesinterten Widerstandskörper mit einer Zusammensetzung, die als
Hauptbestandteil Zinkoxid (ZnO) und als Zusätze 0,1 bis 3,0 Molprozent Wismutoxid (Bi2O3), 0,05 bis 3,0
Molprozent Antimonoxid (Sb2O3) und 0,1 bis 3,0
Molprozent eines speziellen Metallfluorids enthält und mit an den gegenüberliegenden Oberflächen des
Widerstandskörpers angebrachten Elektroden nach Patent 23 10 437.
Ein bekannter Widerstand, dessen Spannungsabhängigkeit
auf die Masse selbst zurückzuführen ist, besteht aus einem gesinterten Widerstandskörper mit einer
Zusammensetzung, die als Hauptbestandteil Zinkoxid (ZnO) und als Zusätze in der Größenordnung von
jeweils wenigen Molprozent Wismutoxid (Bi2O3),
Antimonoxid (Sb2O3) und eine Nickelverbindung aufweist
An den gegenüberliegenden Oberflächen des Widerstandskörpers sind Elektroden angebracht
(DE-OS 18 02 452).
Ferner ist es bekannt (DE-OS 20 26 003), bei einem spannungsabhängigen Widerstand mit Zinkoxid als
Hauptbestandteil neben anderen Zusätzen von Metatloxiden auch Nickelfluorid vorzusehen.
Die DE-PS 8 50 916 beschreibt ein Widerstandsmaterial aus Siliciumcarbid und einem Bindemittel aus
Porzellan. Dieses Material wird z. B. in Blitzschutzgeräten verwendet und soll langanhaltende Blitz- und
Schaltungsstromstöße von etwa 1 ms Dauer aushalten, um damit eine erhöhte Belastbarkeit und Dauerhaftigkeit
der aus dem Material hergestellten Widerstände zu gewährleisten.
Nach der DE-PS 7 03 094 ist einem spannungsabhängigen Widerstand aus Siliciumcarbid Borcarbid zugesetzt,
um dadurch die Leitfähigkeit im angesprochenen Zustand zu erhöhen, und zwar auch bei über längere
Zeit andauernden hohen Ableitströmen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen spannungsabhängigen Widerstand der
eingangs genannten Art im Hinblick auf einen hohen η-Wert auch in einem Bereich der Stromdichte über
10 A/cm2 bei einer gleichzeitigen hohen Leistungsaufnahme für Energiespitzen zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das spezielle Metallfluorid Nickelfluorid (NiF2) ist
Durch die Erfindung wird erreicht daß der spannungsabhängige Widerstand gegenüber Stromstößen
sehr widerstandsfähig ist und daß er einen hohen Wert des Exponenten n, d. h. hoher Spannungsnichtlinearität
bei hoher Stromdichte, aufweist
Anhand der Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert Die
Figur zeigt eine teilweise Querschnittansicht eines spannungsabhängigen Widerstandes.
Bevor die spannungsabhängigen Widerstände im einzelnen beschrieben werden, soll deren Aufbau unter
Bezugnahme auf die Figur erläutert werden, *n der die Ziffer 10 einen spannungsabhängigen Widerstand
ίο bezeichnet der als wirksames Element einen gesinterten
Widerstandskörper 1 mit einem Paar Elektroden 2 und 3 enthält die an den gegenüberliegenden Oberflächen
des Widerstandskörpers angebracht sind. Der Sinterkörper 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 od. dgL, leitend verbunden.
Der erfindungsgemäße spannungsabhängige Widerstand besteht aus einem Sinterkörper, der sich
zusammensetzt aus Zinkoxid als Hauptbestandteil und aus 0,1 bis 3,0 Molprozent Wismutoxid (Bi2O3), 0,05 bis
3,0 Molprozent Antimonoxid (Sb2O4) und 0,1 bis 3,0
Molprozent Nickelfluorid als Zusätze. Auf gegenüberliegenden Oberflächen des Widerstandskörpers sind
Elektroden aufgebracht Ein derartiger Widerstand ist aufgrund seiner Masse selbst spannungsabhängig. Sein
C-Wert läßt sich also ohne Beeinträchtigung des n-Wertes durch Ändern des Abstandes zwischen den
sich gegenüberliegenden Oberflächen einstellen. Der Widerstand hat einen hohen n-Wert im Bereich von
mehr als 10 A/cm2 sowie eine hohe Stabilität gegenüber
Stromspitzen.
Der Sinterkörper 1 läßt sich nach bekannten Verfahren der Keramiktechnik herstellen. Man mischt
die Ausgangsmaterialien in der oben erläuterten Zusammensetzung in einer Naßmühle zu einer homogenen
Mischung. Die Mischung wird getrocknet und in einer Form unter Drücken von 49 bis 490 bar zu der
gewünschten Gestalt verpraßt. Die Preßlinge werden
dann bei 1000 bis 1450° C an Luft eine bis zehn Stunden lang gesintert und sodann auf Raumtemperatur (etwa 15
bis etwa 300Q ofengekühlt Die Mischung läßt sich bei 700 bis 10000C vorkalzinieren und zu Pulver verarbeiten,
um die nachfolgenden Schritte zu erleichtern.
Weiterhin kann der zu verpressenden Mischung ein geeignetes Bindemittel wie Wasser oder Polyvinylalkohol
zugegeben werden. Vorteilhafterweise wird man den Sinterkörper in seinen gegenüberliegenden Oberflächen
mit Schleifpulver — beispielsweise Siliziumcarbid — einer Teilchengröße von 50 μΐη bis 10 μηι
mittleren Durchmessers läppen. Die Sinterkörper werden an den gegenüberliegenden Seiten auf eine
geeignete Weise mit Elektroden versehen — beispielsweise durch Aufdampfen, -sprühen oder -flammen von
Die Spannungsabhängigkeit wird von der verwendeten Elektrodenart praktisch nicht beeinflußt, wohl aber
von der Dicke der Sinterkörper. Insbesondere ändert sich der C-Wert proportional zur Dicke der Sinterkör-
herkömmliche Weise durch Löten anbringen. Bequemerweise verwendet man ein leitendes Klebemittel
aus Silberpulver und Harz in einem organischen Lösungsmittel, um die Zuleitungen an den Elektroden zu
befestigen. Spannungsabhängige Widerstände nach der Erfindung weisen eine hohe Stabilität gegen Temperatur
und unter dem Stromstoßtest auf, der durch Anlegen von Blitzstößen nach der Norm 156 der JEC (Japanese
ElectrotechnicaJ Committee) durchgeführt wird. Nach dem Heizzyklen- und dem Stromstoßtest ändern sich
der C- und der w-Wert nicht wesentlich. Um eine hohe
Stabilität gegen Feuchtigkeit und starke Stromstöße zu erreichen, ist es vorteilhaft, die spannungsabhängigen
Widerstände in ein feuchtigkeitsfestes Harz, wie Epoxy-
und Phenolharz, einzubetten.
Zur Erläuterung werden nachstehend die folgenden, vorzugsweise verwendeten Ausführungsformen der
Erfindung erläutert
Das Ausgangsmaterial aus 98,0 Molprozent Zinkoxid, 0,5 Molprozent Wismutoxid, 1,0 Molprozent Antimonoxid
und 0,5 Molprozent Nickelfluorid wurde in einer Naßmühle 24 Stunden lang vermischt Die Mischung
wurde getrocknet und in einer Form unter einem Druck von 245 bar zu runden Scheiben von 40 mm
Durchmesser und 25 mm Dicke verpreßt.
Die Preßlinge wurden unter den in der Tabelle 1 angegebenen Bedingungen an Luft gesintert und dann
auf Raumtemperatur oiengekühiL
den Oberflächen auf die in der Tabelle 1 angegebene Dicke geläppt, und zwar mit Siliziumkarbidpulver eines
mittleren Teilchendurchmessers von 30μπι. Auf die
gegenüberliegenden Flächen wurde dann auf bekannte Weise eine Aluminiumschicht aufgesprüht
Die Tabelle 1 zeigt die elektrischen Eigenschaften des sich ergebenden Sinterkörpers. Die C-Werte ändern
sich etwa proportional mit der Dicke des Sinterkörpers, während der n-Wert im wesentlich',::-:; dickenunabhängig
b'ieibL Wie unmittelbar ersichtlich, ist dis Spannungsabhängigkeit
auf den Sinterkörper selbst zurückzuführen.
| Tabelle 1 | C | η | Sinter-Bedingungen |
| Dicke | (bei ImA) | 0,1-lmA | |
| (mm) | 1500 | 13 | 1200C, 5St(L |
| Anfang (20) | 1125 | 13 | 1200C, 5St(L |
| 15 | 750 | 14 | 1200C, 5Std. |
| 10 | 380 | 13 | 1200C, 5Std. |
| 5 | 1450 | 14 | 1350°C, IStd. |
| Anfang (20) | 1090 | 14 | 1350°C, 1 Std. |
| 15 | 730 | 15 | 13500C, IStd. |
| 10 | 370 | 14 | 1350C, IStd. |
| 5 | 20CO | 16 | lOOOC, 10 Std. |
| Anfang (20) | 1520 | 16 | 1000"C, 10 Std. |
| 15 | 1010 | 16 | lOOOC, 10 Std. |
| 10 | 500 | 17 | 1000 C, 10 Std. |
| 5 | Beispiel 2 | ||
Zinkoxid mit Zusätzen von Wismutoxid, Antimonoxid und Nickelfluorid in der in der Tabelle 2 angegebenen
Zusammensetzung wurde nach dem Verfahren des Beispiels 1 zu spannungsabhängigen Widerständen
verarbeitet Die Dicke betrug 20 im Die Tabelle 2 gibt
die resultierenden elektrischen Eigenschaften wieder. Hierbei sind die Werte m und /J2 die «-Werte zwischen
Strömen von 0,1 und 1 mA einerseits und zwischen 100 und 1000 A andererseits. Der Impulstest wurde durchgeführt,
indem 2 Impulse von 4 χ 10 us und 10 kA &q
angelegt wurden. Wie unmittelbar ersichtlich, fuhrt die
kombinierte Zugabe von Wismutoxid, Antimonoxid und
Nickelfluorid zu hohen n-Werten und geringen Ände- Heizzyklentest (%)
rangen.
Die nach diesen1 Beispiel hergestellten Widerstände es
wurden nach einem Verfahren geprüft, das in der A C Prüfung von elektronischen Bauelementen weite Verbreitung
gefunden hat Der Heizzyklentest bestand -4,2 darin, die Widerstände 30 min lang auf einer
Umgebungstemperatur von 85° C zu halten, dann scbnali auf -200C abzukühlen und sie auf dieser
Temperatur 30 min lang zu halten; dieses Verfahren wurde 5mal wiederholt. Der Feuchtigkeiistsst umfaßte
ein Vorhalten bei 400C und 95% rel. Luftfeuchtigkeit für
eine Dauer von 1000 St Die nachfolgende Aufstellung zeigt die mittleren Änderungen der C- und der n-Werts
nach dem Heizzyklen- und dem Feuchtigkeitstest. Die geringen Änderungen sind unmittelbar ersichtlich.
Art] An2
-6,9 -6,2
-6,9 -6,2
AC A /η Α n2
-5,8 -7,3 -5,9
-5,8 -7,3 -5,9
| 2 | 5 | 2342 172 | 11 | 100-1000 A | 6 | nach dem | Test (%) | |
| (Mol-%) | 11 | 10 | ||||||
| Tabelle | 12 | 11 | Änderung | A n\ | A /Ij | |||
| Zusätze | Sb2O., | 12 | Il | |||||
| NiP2 | 12 | Il | AC | -18 | -7,9 | |||
| BijO, | 0,05 | Elektrische Eigenschaften des | 13 | 10 | -17 | -7,4 | ||
| 0,05 | 0,1 | erzeugten Widerstandes | 13 | 12 | -17 | -18 | -6,3 | |
| 0,1 | 3,0 | 3,0 | C | 12 | 11 | -18 | -17 | -8,0 |
| 0,1 | 3,0 | 0,1 | i 3 | Il | -18 | -17 | -6,7 | |
| 0.1 | 0,05 | 3,0 | (bei ImA) Ojl_,mA | Ί 2 | -16 | -15 | -7,0 | |
| 0.1 | 0,05 | 0,1 | 1150 | -16 | -15 | -6,4 | ||
| 3,0 | 3,0 | 3,0 | 980 | -17 | -16 | -6,2 | ||
| 3,0 | 3,0 | 0,1 | 1670 | -16 | t -> I J |
■y η J.7 |
||
| 3,0 | i,0 | 3,0 | 1500 | -15 | ||||
| 3,0 | 0,5 | 2000 | — I L | |||||
| 0,5 | 1750 | |||||||
| 2250 | ||||||||
| 2000 | ||||||||
| Ϊ500 |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch;Spannungsabhängiger Widerstand, bestehend aus einem gesinterten Widerstandskörper mit einer Zusammensetzung, die als Hauptbestandteil Zinkoxid (ZnO) und als Zusätze 0,1 bis 3,0 Molprozent Wismutoxid (Bi2O3), 0,05 bis 3,0 Molprozent Antimonoxid (Sb2O3) und 0,1 bis 3,0 Molprozent eines speziellen Metallfluorids enthält und mit an den gegenüberliegenden Oberflächen des Widerstandskörpers angebrachten Elektroden nach Patent 23 10437, dadurch gekennzeichnet, daß das spezielle Metallfluorid Nickelfluorid (NiF2) ist.
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| JP47094742A JPS5213636B2 (de) | 1972-09-20 | 1972-09-20 | |
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Publications (3)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |