DE2820118C2

DE2820118C2 - Oxid-Varistor und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2820118C2
Application number: DE19782820118
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.rer.nat. DDR 6530 Hermsdorf Bühling; Rainer Dipl.-Ing. DDR 6530 Hermsdorf Kretzschmar; Reinhard Dipl.-Phys. DDR 5300 Weimar Müller; Gerd DDR 8056 Dresden Owsian; Evi DDR 8036 Dresden Schumann; Andreas Dr.rer.nat. DDR 8023 Dresden Schönecker; Günter Dr.-Ing.habil. DDR 8027 Dresden Weise
Original assignee: KOMBINAT VEB KERAMISCHE WERKE HERMSDORF DDR 6530 HERMSDORF DD
Current assignee: KOMBINAT VEB KERAMISCHE WERKE HERMSDORF DDR 6530 HERMSDORF DD
Priority date: 1977-06-23
Filing date: 1978-05-09
Publication date: 1985-04-11
Also published as: FR2395577A1; DE2820118A1; FR2395577B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Bauelemente. Sie betrifft einen Oxid-Varistor, der aus einem auf keramischen Wege hergestellten Widerstandskörper besteht, der eine metalloxidische Grundsubstanz enthalt und in dem zwischen benachbarten Grundsubstanz-Körnern mit einem Metalloxidodcr Metallmischoxid-Additiv gebildete elektrische Barrieren vorhanden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Oxid-Varistor, insbesondere für einen ZnO-Varistor.

Das Vorhandensein der genannten elektrischen Barrieren ist verantwortlich für die Ausbildung einer nichtlinearen elektrischen Leitfähigkeit des Varistors. Die Einsat?"spannung der Varistoren ist dabei von der Anzahl der vom Strom durchflossenen elektrischen Barrieren abhängig, d. h. von der Größe der Grundsubstanz-Körner und der Geometrie des Widerstandskörpers. Der Spannungsabfall pro Barriere bei 1 mA liegt etwa im Bereich von I bis 4 V, in Abhängigkeit von der lokalen chemischen Zusammensetzung der aneinandergrenzcnden Phasengebietc. Einsatzspannungen <20V erfordern damit Varistordicken im Bereich von 0.1 mm, deren industrielle Fertigung und Tolerierung für eine gewünschte Strom-Spanniingscharakteristik sehr schwierig ist.

Es sind bereits 7nO-Varistoren bekannt, die, obwohl sie eine relativ große Widerstandskörperdicke aufweisen, trotzdem für Einsatzspannungen <20V geeignet sind (DE-AS 16 65 135; DE-AS 20 61 670). Diese Varistoren weisen jedoch eine andere Struktur bzw. einen anderen Aufbau als die bereits genannten Varistoren auf, was sich 7. B. darin zeigt, daß die Spannungsabhängigkeit des Widerstandes im wesentlichen durch zumindest eine nichtohmsche Elektrode erreicht wird.

In der DE-AS 18 02 452 wird u. a. die Herstellung eines ZnO-Varistors nach der anfangs genannten Art beschrieben, bei der die Grundsubstanz zu einem Körper verpreßt und dieser einem Sinterprozeß unterworfen wird. Anschließend werden die gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers mit einer Paste bedeckt, die als festen Bestandteil das Additiv in feinverteilter Pulverform enthäiL Danach wird der so überzogene Körper erwärmt, wodurch das Additiv in das Korngefüge des Körpers reaktiv eindiffundiert, was die Erzeugung der elektrischen Barrieren zur Folge hat. Die Diffasionstemperatur und -zeit werden dabei so gewählt, daß sich das Additiv gleichförmig im gesamten Körper verteilt, der eine Dicke > 0,5 mm besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Oxidvaristor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Einfluß der Größe der Grundsubstanzkörner und der Dicke des Widerstandskörpers auf die Einsatzspannung auf ein Minimum reduziert wird. Zur Hersteilung solch eines Oxid-Varistors soll ein Verfahren gefunden werden.

jo Die Aufgabe der Erfindung wird durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 3 beschriebene Gestaltung bzw. Herstellung eines Oxid-Varistors gelöst. Die Ansprüche 2 bzw. 4 bis 6 zeigen vorteilhafte Weiterbildungen davon.

Mit der Erfindung werden Bedingungen für einfach herstellbare Oxid-Varistoren^ die auch für Einsatzspannungen < 20 Volt brauchbar sind, geschaffen. Vorteilhaft ist, daß die Größe der Grundsubstanz-Körner und die Dicke des Widerstandskörpers keinen wesentlichen Einfluß auf die Einsatzspannung des Varistors hat. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Anzahl der mit dem Additiv kontaktierten Grundsubstanz-Körncr und somit auch die Einsatzspannung bei Varistoren in sehr einfacher Weise steuern. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf das angegebene Spannungsgebiet beschränkt, sondern ist darüber hinaus auch für die rationelle Herstellung von Varistoren mit mittleren und höheren Einsatzspannungen und von Thermistoren geeignet.

so Nachfolgend wird die Erfindung an 3eispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Zinkoxidpulver wird mit 0,5 mol-% Kobaltoxidpulver homogen vermischt. Die so vorbehandelte Grundsubstanz wird mit einem Druck von 785 MPa zu scheibenförmigen Körpern von 20 mm Durchmesser und 2 mm Höhe verpreßt und in Sauerstoffatmosphäre 60 h bei 1300"C gesintert. Zur Herstellung eines Additivs werden 71,5 Gew,-% Wismutoxid, 13,7 Gew.-% Antimonoxid und 14,8 Gew.-% Zinkoxid vermischt, in einem Platintiegel erschmolzen und anschließend pulverisiert. Dieses Additiv wird zu einer Paste angelassen und diese

b5 auf die scheibenförmigen Körper einseitig aufgebracht. Anschließend werden die Körper bei 1250⁰C an Luft getempert, wobei das Additiv 30 s in schmelzflüssigem Zustand gehalten wird. Nach der Abkühlung werden die

ΚδφεΓ beiderseits mit einer Indium-Gallium-Legierung kontaktiert. Die so hergestellten Varistoren besitzen eine nichtlineare Strom-Spannungscharakteristik mit folgenden Werten:

t/,(beilO-^JA) = 3.2V,
L/₂(bei 10-² A) = 4,5 V.« = 6,8.

Beispiel 2

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a) Die im Beispiel 1 verwendete Grundsubstanz wird mit einem Druck von 392 MPa zu scheibenförmigen Κοφεπι von 11 mm Durchmesser und 1,5 mm Höhe νεφΓβΒί Die Körper werden 20 h bei 1260°C an Luft gesintert. Danach wird das im Beispiel 1 beschriebene Additiv auf die Körper einseitig aufgetragen und diese bei 1250° C an Luft getempert, wobei das Additiv 30 s im schmelzflüssigen Zustand gehalten wird. Abschließend werden die Körper kontaktiert. Diese Varistoren besitzen eine nichtEnjare Strom-Spannungscharakteristik mit folgenden Werten:

U₁ =6 V, £/₂ =

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b) Sind im Zinkoxidpulver neben der im Beispiel 1 erwähnten Dotierung noch 0,5 inol-% Titandioxid und 0,25 mol-% Manganoxid enthalten, ergeben sich folgende Werte:

10 U, = 3 J V, U-. = 4,5 V, a = 7,4.

Beispiel 3

Die gemäß Beispiel 2a hergestellte Grundsubstanz-Körper mit Additiv-Beschichtung werden bei 1250°C an Luft getempert, wobei das Additiv 2 min im schmelzflüssigen Zustand gehalten wird. Nach der Abkühlung werden die Körper kontaktiert. Die so hergestellten Varistoren besitzen eine nichtlineare Strom-Spannungscharakteristik mit folgenden Werten:

U, = \bVM2= 19V₁A= 13,4.

Sofern die Zeit, während der sich das Additiv im schmelzflüssigen Zustand befindet, auf 30 min ausgedehnt wird, ergeben sich folgende Werte:

U₁ = 80V. Ui = 87 V,<x = 27,5.

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Beispiel 4

Das Beispiel betrifft einen Varistor, der aus den gleichen Bestandteilen wie der im Beispiel I beschriebene Vaiistor besteht. Das Additiv ist in Abweichung zu den anderen Beispielen in einer Schicht innerhalb der Scheibe enthalten, welche nicht an die Seiten der Scheibe angrenzt. Der Varistor besitzt eine nichtlinearc Strom-Spannungscharakteristik mit folgenden Werten:

Ui =y,8V, U₂= 13,4 V.a-= 7,4.

Claims

Patentansprüche:

1. Oxid-Varistor, bestehend aus einem auf keramischen Wege hergestellten Widerstandskörper, der eine metalloxidische Grundsubstanz enthält und in dem zwischen benachbarten Grundsubstanz-Körnern mit einem Metalloxid- oder Metallmischoxid-Additiv gebildete elektrische Barrieren vorhanden sind, gekennzeichnet dadurch, daß sich das die Barrieren bildende Additiv nur in einem Teilvolumen des Widerstandskörpers befindet.

2. Oxid-Varistor nach Anspruch 1. gekennzeichnet dadurch, daß das Teilvolumen innerhalb des Widerstandskörpers als eine Schicht definierter Dicke ausgebildet ist.

3. Verfahren zur Herstellung von Oxid-Varistoren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Additiv auf den Widerstandskörper mit einer definierten Masse aufgebracht wird und daß anschließend eine Wärmebehandlung mit einer definierten Temperatur und für eine definierte Zeit vollzogen wird, wobei erreicht wird, daß das Additiv in ein Teilvolumen des Widerstandskörpers eindiffundiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß als Grundsubstanz dosiertes oder undotiertes ZnO und als Additiv die Metalloxide BijOj, SbiOj und ZnO verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die pulverförmige Grundsubstanz zu einem dicht gesinterten Körper verarbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere mit dem Additiv kontaktierte Körper übereinandergestapelt und anschließend wärmebehandelt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 3. gekennzeichnet dadurch, daß das Additiv nur einseitig auf den Widerstandskörper aufgebracht wird.