DE2842287C2 - Verfahren zur Herstellung eines Zinkoxid-Varistors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Varistors, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der DE-AS 02 452 bekanntgeworden.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Varistoren — das sind spannungsabhängige Widerstände — aus Material auf der Basis des Zinkoxids herzustellen. Diesem Zinkoxid werden dotierende Zusätze hinzugegeben, wie z. b. Verbindungen von Wismut, Antimon, Aluminium, Indium, Gallium, selten Erden, Chrom, Nickel, Zinn, Titan, Kobalt und/oder Zirkon, um die Widerstandscharakteristik und Belastungsunabhängigkeit zu verbessern. Von besonderer Bedeutung ist auch die Zugabe von Mangan, ζ. B. als Μη3θ4, das dem Zinkoxid-Varistor eine besonders große Spannungsstabilität verleiht.

Es ist auch bereits Bor, insbesondere zusammen mit einem oder mehreren der obengenannten Elemente, dem Zinkoxid für Varistoren hinzugegeben worden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Zinkoxid-Varistoren für den mittleren und unteren Spannungsbereich (100 Volt bis 20 Volt pro mm) zu finden, das zu einem Varistor hoher Stabilität bei hoher Belastbarkeit führt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß nach den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Für Zinkoxid-Varistoren ist es bekannt, Bortrioxid als Zugabe zu verwenden, und zwar zum Zwecke höhere

Belastbarkeit zu erreichen. Andererseits hat sich aber für den mittleren und unteren Spannungsbereich von 100 bis 20 Volt pro mm Feldstärke im Varistormaterial ein Gehalt an Bor als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn man das Bor als wasserunlösliches Borat eines oder

ίο mehrerer der Erdalkali-Metalle und/oder des Bleis hinzugibt. Insbesondere wurden günstige Stromspannungs-Kennlinien für Varistoren erreicht, bei denen dem Zinkoxid Kalziumtetraborat zugegeben worden ist Die ermittelten Strom-Spannungs- Kennlinien erfindungsgemäß hergestellter Varistoren zeigten noch nach einer Stunde Belastungsdauer mit 30facher Nenn-Belastung und bei 15 Stunden mit 3facher Nenn-Belastung z. B. bei einer Zugabe von 0,2 Gew.-% Kalziumtetraborat nur solche Änderungen der Widerstandscharakteristik, die als vernachlässigbar angesehen werden können.

Das verwendete Kalziumtetraborat wurde durch

Zusammenschmelzen von Bortrioxid und Kalziumoxid oder Kalziumkarbonat oder Kalziumhydroxid erhalten.

Dabei auftretende Abweichungen von der Stöchiometrie haben sich als unkritisch erwiesen, da bei der üblichen Herstellung des für den Varistor vorgesehenen Zinkoxidmaterials während des Mahlens in Wasser überschüssige Reaktionspartner (Bortrioxid oder Erdalkalioxid [-karbonat, -hydroxid]) im Wasser in Lösung gehen.

Besonders günstige Werte für Varistoren (hergestellt nach der Erfindung) haben sich ergeben, wenn die Zinkoxid-Masse frei von Alkali-Metallelementen und/oder Siliziumgehalt wurde oder höchstens nur geringe Mengen dieser Elemente enthalten waren. Günstige Widerstandscharakteristiken wurden für Alkaligehalt unter 0,1% und für Siliziumgehalt unter 1% — gerechnet auf der Basis der Summe der Zugabeelemente — erreicht.

Nachfolgend wird ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Herstellung einer Varistormasse beschrieben. Zunächst werden die Ausgangsstoffe Zinkoxid und die Verbindungen der Zugabeelemente gemischt und gemahlen, z. B. in Wasser. Die feinkörnige Mischung wird mit Bindemittel granuliert, z. B. mit Polyäthylenglykol 20 000.

Die Masse wird zu den gewünschten Formkörpern, im allgemeinen Scheiben, gepreßt und bei Temperaturen zwischen 1100 bis 1400°, vorzugsweise zwischen 1200 und 125O⁰C, gesintert. Diese Scheiben werden dann mit Elektroden, z. B. aus Einbrennsilber, versehen. Die Figur zeigt in einem Flußdiagramm schematisch dieses Verfahren.

Zusammenfassung:

Verfahren zur Herstellung eines Zinkoxid-Varistors:

Zinkoxid-Varistor mit hoher Zugabe in Form von wasserunlöslichem Borat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Varistors auf der Basis des dotierten Zinkoxids, das als Zusatzbestandteil Bor und gegebenenfalls eines oder mehrere der Elemente Wismut, Antimon, Aluminium, Indium, Gallium, seltene Erden, Chrom, Nickel, Mangan, Zinn, Titan, Kobalt und/oder Zirkon enthält, gekennzeichnet dadurch, daß das Element Bor als wasserunlösliches Borat eines der Elemente Magnesium, Kalzium, Strontium, Barium und/oder Blei zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Varistormaterial Silizium, wenn überhaupt, dann nur in einer Menge von weniger als 1% der Menge der Zusatzbestandteile, gerechnet auf der Basis der oxide, enthalten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Varistormaterial Alkalimetall, wenn überhaupt, dann nur in einer Menge von weniger als 0,1 % der Zusatzbestandteile, gerechnet auf der Basis der Oxide, enthalten ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Element Bor als Kalziumtetraborat zugesetzt ist.