DE2627192A1

DE2627192A1 - Verfahren zur herstellung eines nichtlinearen keramischen widerstandsmaterials

Info

Publication number: DE2627192A1
Application number: DE19762627192
Authority: DE
Inventors: Takashi Ishii; Kazuo Dipl Ing Mukae; Ikuo Dipl Ing Nagasawa; Koichi Dipl Ing Tsuda
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1977-01-20
Also published as: JPS524094A; DE2627192C2; JPS5329382B2

Description

Verfahren zur Herstellung eines nichtlinearen keramischen Widerstandsmaterials Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden japanischen Patentanmeldung Sho T 50-80595 vom 30. Juni 1975 beansprucht.
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines keramischen Widerstandsmaterials mit spannungsabhängiger Kennlinie aus Zinkoxid als Hauptbestandteil und weiteren Metallen bzw. metallhaltigen Verbindungen als Zusatzstoffe, bei dem die genannten Ausgangsstoffe gemischt, kalziniert und dann zerkleinert und aus dem durcii Zerkleinerung gewonnenen Gemisch Körper geeigneter Gestalt gepreßt, gebrannt und auf gegenüberliegenden Seiten mit Elektroden versehen werden.
Widerstandsmaterialien dieser Art sind beispielsweise durch die DT-OS 2 061 635 bekamltgeworden. Die bekannten Widerstandsmaterialien können neben Zinkoxid als Zusatzstoffe Berylliiimoxid, Wismutoxid, Manganoxid, Strontium- und Bleioxid enthalten.
Ein Strom I, der durch ein Widerstandselement mit nichtlinearer Kennlinie beim Anlegen der Spannung V fließt, kann angenähert durch die folgende Gleichung beschrieben werden: V I = (C) ' wobei C der Spannung je Millimeter des Widerstandselementes entspricht, wenn die Stromdichte 1 mA/cm2 beträgt und 6 der Exponent der Nichtlinearität der Spannung ist. Es ist erwünscht, daß C einen geeigneten Wert in Abhängigkeit von dem Einsatzgebiet des Widerstandselementes besitzt und daß OC einen möglichst großen Wert erhält.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gewünschte Verhalten der Widerstandselemente mit möglichst wenigen und darüber hinaus lelcht verfügbaren Zusatzstoffen zu erzielen. Dabei wird ein kleiner Wert der Konstanten C angestrebt, um die Widerstandselemente als Uberspannungsschutz bei niedrigen Betriebs spannungen verwenden zu können.
Gemäß der Erfindung ist hierzu vorgesehen, daß als Zusatzstoffe Praseodym und Magnesium in Mengen von 0,G8 bis 10 stom-% und Kobalt in einer Menge von 0,1 bis 8 Atom-%, jeweils bezogen auf die Elemente, verwendet werden.
Die genannten Zusatzstoffe werden im allgemeinen in Gestalt von Oxiden, wie z. B. Pr6011, MaO und Co203, verwendet, können aber auch in Gestalt anderer Verbindungen mit abweichender Formel verwendet werden. Die Zusatzstoffe können aber auch in Gestalt der Elemente hinzugefügt werden, die während des sich an die Mischung der Stoffe anschließenden Kalzinierungsvorganges in ihre Oxide umgewandelt werden. Die gewünschten Eigenschaften der Widerstandselemente können durch die vielfältige Zusammelzwirkung von Praseodym, Magnesium und Kobalt erhalten werden. Wird nur einer dieser Stoffe verwendet, so weisen die keramischen Widerstandsmaterialien nur einen sehr kleinen Wert S oder einen im wesentlichen ohmschen Widerstand auf. Verwendet man dagegen nur Praseodym und Kobalt, so erhält man keramische Materialien mit einem verhältnismäßig großen Wert 6 , aber einen ebenfalls großen Wert C. Nur bei gemeinsamer Verwendung von Praseodym, Magnesium und Kobalt in den angegebenen Mengen und Mengenverhältnissen erhält man keramische Materialien mit starker Spannungsabhängigkeit 6 und kleiner Konstante C.
Für die untere Grenze der Zusatzmenge von Praseodym und Kobalt von 0,08 Atom-% besteht folgender Grund: Obwohl sich die charakteristischen Eigenschaften der Widerstandselemente auch durch die Brenntemperatur beeinflussen lassen, haben dit Widerstandselemente keine brauchbaren Eigenschaften, wenn die benutzten Mengen der Zusatzstoffe geringer als die angegebenen Grenzwerte sind, und die Eigenschaften der Elemente werden darüber hinaus unbestimmt. Liegen dagegen die Mengen der Zusatzstoffe über dem angegebenen Grenzwert, d.h. 10 Atom-% für Praseodym und Magnesium sowie 8 Atom-% für Kobalt, so wird der Exponent CC kleiner und die Charakteristik der Elemente wird instabil.
Der Brennvorgang der gepreßten Widerstandselemente kann z.B. in Luft bei einer Temperatur zwischen 1150 bis 1400 °C, vorzugsweise zwischen 1300 und 1350 °G, durchgeführt werden. Liegt die Brenntemperatur unter 1150 °C; so verringern sich die Dichte und die mechanische Festigkeit der gebrannten Widerstandskörper. Zugleich werden die elektrischen Eigenschaften geringwertiger. Bei Brenntemperaturen über 1400 0C wird der Exponent 6 der erzeugten Widerstandskörper kleiner, während es bei Brenntemperaturen oberhalb 1500 OC Schwierigkeiten bereitet, gleichförmig gebrannte Materialien mit der erforderlichen Wiederholbarkeit und Beeinflußbarkeit der Eigenschaften zu erzeugen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Die Figuren 1 und 2 sind grafische Darstellungen der charakteristischen Eigenschaften keramischer Widerstandskörper in Abhängigkeit von der Menge der benutzten Zusatzstoffe.
Verschiedene keramische Körper wurden in der folgenden Weise hergestellt: Zu ZnO wurden Pr, Mg und Co in Gestalt ihrer Verbindungen Pr6011, MgO und Cm203 in unterschiedlichen Zusarmmensetzungsverhältnissen und Mengen hinzugefügt. Die so erhaltene Mischung wurde ausreichend geknetet und bei 700 0C eine Stunde kalziniert. Jede der so erhaltenen Substanzen wurde ausreichend gemahlen in kreisförmige Scheiben mit einem Durchmesser von 16 Millimetern geformt und bei unterschiedlicher Temperatur eine Stunde lang gebrannt. Die so erzeugten keramischen Körper wurden auf eine Dicke von 1 Millimeter geschliffen, auf gegenüberliegenden Oberflächen wurden Elektroden angebracht, und dann wurden die Eigenschaften der keramischen Körper gemessen. Im folgenden wird anstelle von C die Spannung V1 beim Durchgang eines Stromes von 1 mA angegeben.
Die Figur 1 zeigt die Veränderungen der Werte des Exponenten S in Abhängigkeit von den zugefügten Mengen von Praseodym als Parameter in einem Fall, wo die Brenntemperatur 1300 OC betrug. In der Figur 1 entsprechen die Kurven 1, 2, 3, 4, 5 und 6 Zusatzmengen von Praseodym in einer Menge von 0,08, 0,1, 0,3, 1, 3 und 6 Atom-%.
In der Figur 2 sind verschiedene erhaltene Werte von V1 für die keramischen Körper aufgetragen, die unterschiedliche Werte von cc entsprechend den Kurven 1 bis 6 in Fig. 1 besitzen, in Abhängigkeit von der hinzugefügten Menge von Kobalt.
Aus den Figuren 1 und 2 geht hervor, daß die keramischen Körper einen großen Wert von CC und einen kleinen Wert von C besitzen.
Die keramischen Körper gemäß der Erfindung eignen sich besonders zum Schutz unterschiedlicher elektronischer Geräte für niedrige Spannugen, z. B. für Halbleiterelemente, wie Transistoren, Dioden oder Thyristoren.
1 Anspruch 2 Figuren

Claims

Patentanspruch Verfahren zur Herstellung eines keramischen Widerstandsmaterials mit spannungsabhängiger Kennlinie aus Zinkoxid als Hauptbestandteil und weiteren Metallen bzw. metallhaltigen Verbinamlgen als Zusatzstoffe, bei dem die genannten Ausgangsstoffe gemischt, kalziniert und dann zerkleinert und aus dem durch Zerkleinerung gewonnenen Gemisch Körper geeigneter Gestalt gepreßt, gebrannt und auf gegenüberliegenden Seiten mit Elektroden versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoffe Praseodym und Magnesium in Mengen von 0,08 bis 10 Atom-% und Kobalt in einer Menge von 0,1 bis 8 Atom-S3, jeweils bezogen auf die Elemente, verwendet werden.

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