DE3018595A1 - Verfahren zur herstellung eines nichtlinearen widerstands - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines nichtlinearen widerstandsInfo
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2) TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, Kawasaki/Japan
Verfahren zur Herstellung eines nicht-linearen "Widerstands
30049/0748
3016595
Widerstands mit nicht-linearer Spannungskennlinie, insbesondere ein Verfahren
zur Herstellung eines auf Zinkoxid basierenden Widerstands.
Es gibt bereits die verschiedensten Halbleiter-Schaltungselemente. Eines dieser Schaltungselemente ist ein nichtlinearer, in der Regel als Varistor bezeichneter Widerstand.
Dieses Element besitzt nicht-lineare Spannung/Strom-Eigenschaften, d.h. sein Widerstand sinkt abrupt bei Erhöhung
der angelegten Spannung, so daß der Strom scharf ansteigen kann. Das betreffende Element absorbiert eine unnormal
hohe Spannung bzw. stabilisiert die Spannung, weswegen es
sich in elektrischen Schaltungen der verschiedensten Arten zum Einsatz bringen läßt.
Typische Widersände mit nicht-linearer Spannungskennlinie sind SiC-, Si-
und Se-Varistoren. Weitere typische Widerstände mit nicht-linearer Spannungskennlinie sind auf Kupfer (I)-oxid und Zinkoxid basierende Sinterkörper-Varistoren. Einen SiC-Varistor erhält man durch
Sintern von SiC-Teilchen eines Durchmessers von etwa 100 um
unter Verwendung eines keramischen Bindemittels. Ein SiC-Varistor kann eine relativ hohe Spannung aushalten. Da er
jedoch nicht genügend dünn gemacht werden kann, läßt er
sich nicht'als Niederspannungselement einsetzen. Ein Si-Varistor beruht auf einem in einem Siliciumsubstrat gebildeten p-n-Übergang. Ein solcher Varistor arbeitet auch
gut als Niederspannungselement. Seine Verwendung ist jedoch begrenzt, da seine Spannung/Strom-Eigenschaften nicht
frei einstellbar sind. Se-Varistoren und auf Kupfer(I)-oxid basierende Sinterkörper-Varistoren zeigen ihre Span-
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nung/Strom-Eigenschaften am Übergang ihrer Oberflächen
zu einer Metallschicht. Nachteilig an diesen Varistoren ist, daß ihre Spannung/Strom-Eigenschaften nicht wie bei
Si-Varistören frei steuerbar sind.
Im Gegensatz dazu besitzen auf ZnO basierende SinterkörperVaristoren,
insbesondere diejenigen, die als Verunreinigungen Bi2O,, CoO und Sb2O3 jeweils in einer Menge
bis zu 10 Mol-% enthalten, eine Spannung/Strom-Kennlinie,
die in bezug auf die Null-Volt-Achse symmetrisch isi/. Diese Varistoren zeigen gute Spannung/Strom-Eigenschaften,
die durch Ändern ihrer Dicke steuerbar sind, Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften finden auf
ZnO basierende Sinterkörper-Varistoren immer mehr Beachtung. Die bekannten Varistoren dieser Art lassen jedoch
immer noch zu wünschen übrig. Ihre Spannung/Strom-Eigenschaf ten schwanken aufgrund äußerer Faktoren, z.B.
Stromstoß, Gleichstrombelastung und Temperatur/ Feuchtigkeits-Zyklus, stark, und zwar insbesondere in negative
Richtung.
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, einen stabil und zuverlässig arbeitenden,eine symmetrische nichtlineare
Spannungskennlinle aufweisenden ¥iderstand in Form eines Sinterkörper-Varistors auf ZnO-Basis,
dessen Spannung/Strom-Eigenschaften infolge äußerer Einflüsse nicht so stark in negative Richtung schwanken^
zu schaffen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung
eines Widerstands mit nicht-linearer Spannungskennlinie, bei welchem ein hauptsächlich Zinkoxid enthaltendes
und mit·Zuschlägen
030Ό49/0748
versetztes Ausgangsmaterial zu einem Sinterkörper
spannungsmäßig abhängigen nicht-linearen Widerstandseigenschaften
gesintert wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Ausqangsnaterial
verwendet wird, das 0,01 bis 10 lfol-% Nickeloxid oder eines Vorläufers
desselben als ersten Zuschlag, 0,01 bis 10 Mol-% Zirkonoxid, Yttriumoxid, Hafniumoxid und/oder Scandiumoxid
und/oder eines Vorläufers derselben als zweiten Zuschlag, 0,01 bis 10 MoI-Jo metallischen Zinks und zum Rest Zinkoxid
enthält.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 bis 4 graphische Darstellungen der Eigenschaften verschiedener
Ausführungsformen erfindungsgemäß herge-? stellter Widerstände und einiger Vergleichswiderstände.
Im folgenden werden zunächst die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Ausgangsmaterialien
und die Bedingungen beim Sintern dieser Ausgangsmaterialien näher erläutert*
Die erfindungsgemäß verwendeten Ausgangsmaterialien enthalten als "Verunreinigungen" zwei Zuschläge. Der erste Zuschlag
besteht aus Nickeloxid (NiO), der zweite aus Zirkonoxid (ZrO2), Yttriumoxid (Y2O3), Hafniumoxid (HfO2) und/
oder Scandiumoxid (Sc2O,). Sowohl der erste als auch der
zweite "verunreinigende" Zuschlag gelangt in einer Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht des Ausgangsmaterials, von
0,01 bis 10 Mol-96 zum Einsatz. Wenn die Zuschläge in einer
Menge außerhalb des angegebenen Bereichs zum Einsatz ge-
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langen, erhält man keinen, nicht-linearen Widerstand hoher
Zuverlässigkeit. Vorzugsweise sollten die ersten und zweiten Zuschläge jeweils in einer Menge von 0,5 bis 1 Mol-96
verwendet werden.
Anstelle der genannten Metalloxide können als erste und
zweite Zuschläge auch deren Vorläufer in der gleichen Menge,
nämlich in einer Menge von 0,01 bis 10 Mol-%, zum Einsatz
gelangen. Unter "Vorläufer" sind Verbindungen zu verstehen,
die unter den später eingehaltenen Sinterbedingungen
in die entsprechenden Metalloxide übergehen. Solche Vorläufer sind beispielsweise Metallcarbonate, Metalloxalate
und dergleichen.
Neben den genannten ersten und zweiten verunreinigenden Zuschlagen und Zinkoxid (ZnO) enthält ein erfindungsgemäß
verwendbares Ausgangsmaterial auch noch metallisches Zink (Zn). Dies ist erfindungsgemäß von wesentlicher Bedeutung.
Metallisches Zink geht beim Sintern des Ausgangsmaterials
in ein Oxid über. Das metallische Zink gelangt in einer
Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht des Ausgangsmaterials, von 0,01 bis 10 Mol-% zum Einsatz. Wenn seine Menge außerhalb des angegebenen Bereichs liegt, erhält man keinen
Widerstand hoher Zuverlässigkeit. Vorzugsweise sollte die Menge an metallischem Zink 3 bis 6 Mol-% betragen.
Ein erfindungsgemäß verwendbares Ausgangsmaterial kann
ein seltenes Erdeelement, z.B. 0er (Ce) und Praseodym (Er),
in einer Menge bis zu 0,5 Mol-% enthalten. Wenn das Ausgangsmateriäl
ein seltenes Erdeelement enthält, lassen sich die nicht-linearen Eigenschaften des erhaltenen Sinterkörper- Varistors verbessern. Darüber hinaus läßt sich
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der Widerstand des Varistors steuern.
Der Rest des jeweiligen Ausgangsmaterials besteht aus Zinkoxid.
Bei der Herstellung von Varistoren unter Verwendung eines
Ausgangsmaterials der beschriebenen Zusammensetzung werden die verschiedenen Komponenten des Ausgangsmaterials, die
in Pulverform vorliegen, gründlich miteinander gemischt. Erforderlichenfalls wird dem Gemisch ein Bindemittel, wie
Polyvinylalkohol, zugesetzt und mit diesem gründlich gemischt. Danach wird das Gemisch unter gegebenem Druck geformt.
Der aus dem Gemisch geformte Körper wird in der Regel
an Luft bei einer Temperatur von etwa 11OO°C oder mehr,
üblicherweise jedoch nicht über 12000C, vorzugsweise bei
einer Temperatur von etwa 1150° bis 12000C, etwa 2 bis 4h
lang gesintert. In der Regel erfolgt das Sintern ohne Applikation
eines Drucks. Der Körper kann dick oder dünn sein, so daß er die gewünschten Spannung/Strom-Eigenschaften erhält.
Der nach dem Sintern erhaltene Sinterkörper zeigt eine symmetrische, nicht-lineare Spannungskennlinie, -die ·
sehr stabil und zuverlässig ist. Insbesondere schwanken die nicht-linearen Spannungseigenschaften des erhaltenen
Sinterkörpers nur sehr wenig in negative Richtung, selbst wenn er der Einwirkung äußerer Faktoren oder Einflüsse,
z.B. einem Stromstoß, Gleichstrombelastung und Temperatur /Feuchtigkeits-Zyklus, ausgesetzt wird.--_.-■, ;
Die erhaltenen Sinterkörper werden auf beiden Hauptseiten
mit beispielsweise einer Silberpaste beschichtet und danach erwärmt, so daß die Silberpaste an den Körpern haften
bleibt. Hierbei werden Elektroden gebildet. Anderer-
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seits können auf dem Sinterkörper entweder durch Aufsprühen
oder Bedampfen auch Aluminiumelektroden ausgebildet werden. Mit Elektroden versehen, stellen die Sinterkörper nicht-lineare
Widerstandselemente hoher Zuverlässigkeit dar.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Es werden die verschiedensten Ausgangsmaterialien hergestellt. Jedes von ihnen enthält 3 Mol-9ä metallischen Zinks,
0,1 bis 10 Mol-% Nickeloxidpulver, 0,1 bis 10 Mol-% Zirkonoxidpulver
und zum Rest Zinkoxidpulver. Die verschiedenen Bestandteile werden gründlich miteinander gemischt.
Danach werden die Ausgangsmaterialien zu Scheiben eines Durchmessers von 20 mm und einer Stärke von 1 mm ausgeformt.
Die erhaltenen Scheiben werden an Luft bei einer Temperatur von 11000C oder mehr gesintert. Schließlich
werden die erhaltenen -scheibenförmigen Sinterkörper auf
beiden Oberflächen mit einer Silberpaste beschichtet und danach erwärmt, um den Film aus der Silberpaste an den
Sinterkörpefn zum Haften zu bringen. Hierbei erhält man
¥iders"ands=elemente mit nicht-linearer Spannungsltennlinie.
Die Spannung/Strom-Eigenschaften der Widerstandselemente
werden gemäß folgender Gleichung:
bestimmt. In der Gleichung bedeuten:
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C einen Koeffizienten und α einen nicht-linearen Koeffizienten.
Je größer α ist, desto besser sind die nicht-linearen Eigenschaften.
Die Eigenschaften eines Varistors lassen sich durch seinen Koeffizienten α und die Spannung V^ bei 1 mA, d.h. die ansteigende
Spannung, anstelle von C wiedergeben,, Wenn der
für V1 jeden Widerstandselements größtmögliche Wert α graphisch
dargestellt wird, erhält man eine in Figur 1 dargestellte charakteristische Kurve bzw. Kennlinie.
Es werden auch drei Vergleichselemente hergestellt. Das erste Vergleichselement besteht aus einem ZnO/NiO/ZrOo-System,
das sich von dem genannten (erfindungsgemäß verwendbaren) Ausgangsmaterial lediglich darin unterscheidet, daß das
metallische Zink durch Zinkoxid ersetzt ist. Das zweite Vergleichselement besteht aus einem ZnO/NiO-System, das
sich von dem genannten (erfindungsgemäß verwendbaren) Ausgangsmaterial lediglich darin unterscheidet, daß das metallische
Zink und Zirkonoxid durch Zinkoxid ersetzt sind. Das dritte Element besteht aus einem ZnO/ZrO^-System, .das
sich von dem genannten..(erfindungsgemäß verwendbaren) Ausgangsmaterial
lediglich darin unterscheidet, daß das metallische Zink und Nickeloxid durch Zinkoxid ersetzt sind*
Das erste, zweite und dritte Vergleichselement liefern die
in Figur 1 eingetragenen charakteristischen Kurven b, c und d.
Entsprechend Beispiel 1 werden verschiedene Widerstands-
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elemente hergestellt, wobei jedoch das Ausgangsmaterial anstelle des Zirkonoxids (ZrO2) Yttriumoxid (Y2O3) enthält.
Diese Widerstandselemente zeigen nicht-lineare Spannungskennlinien, wie sie durch Kurve e in Figur 2 dargestellt
sind. Die Kurven i,g und h in Figur 2 zeigen die nicht-linearen
Spannungskennlinien von Vergleichselementen aus einem ZnO/NiO/YgO^-System, einem ZnO/NiO-System bzw. einem
ZriO/Y2O,-System.
Entsprechend Beispiel 1 werden verschiedene Widerstandselemente
hergestellt, wobei jedoch das Ausgangsmaterial anstelle von Zirkonoxid (ZrO2) Hafniumoxid (HfO2) enthält. Diese
Widerstandselemente zeigen nicht-lineare Spannungs kennnllnien,
wie durch Kurve i von Figur 3 dargestellt. Die Kurven j, k und 1 in Figur 3 zeigen die nicht-linearen
Spannungs^ennlinien von Vergleichselementen aus einem
ZnO/Ni0/HfO2-System, einem ZnO/NiO-System bzw. einem ZnO/HfO2-System.
Entsprechend Beispiel 1 werden verschiedene Widerstandselemente hergestellt, wobei jedoch das Ausgangsmaterial an-,
stelle von Zirkonoxid (ZrO2) Scandiumoxid (Sc2O,) enthält.
Diese Widerstandselemente zeigen nicht-lineare Spannungskennlinien, wie sie sich aus Kurve m von Figur 4 ergeben.
Die Kurven η, ο und ρ in Figur 4 zeigen die nicht-linearen
Spannungskennlinien von Vergleichselementen aus einem ZnÖ/NiO/Sc2O,-System, einem ZnO/NiO-System bzw. einem
ZnO/Sc2P,-System.
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Die Figuren 1 bis 4 zeigen, daß die erfindungsgemäß hergestellten Varistoren mit derselben Art von Zuschlägen unabhängig
vom jeweiligen Wert der Spannung V1 praktisch denselben
Varistorkoeffizienten aufweisen. Im Gegensatz dazu schwanken bei den Vergleichselementen die Koeffizienten α
entsprechend der Spannung V1.
Die folgenden Beispiele 5 bis 8 zeigen, daß man bei den erfindungsgemäß hergestellten Varistoren deren Spannung/
Strom-Eigenschaften durch Ändern ihrer Dicke einstellen kann.
Entsprechend Beispiel 1 werden unter Verwendung eines Ausgangsmaterials
mit 0,5 Mol-% Nickeloxid, 0,75 Mol-% Zirkonoxid,
4,0 Mol-% metallischen Zinks und zum Rest Zinkoxid
verschiedene scheibenförmige Varistoren jeweils eines Durchmessers von 20 min, einer Stärke von 0,5 mm bzw. 1,0 mm
bzw. 2,0 mm hergestellt. Einige der scheibenförmigen Varistoren werden mit einer Silberpaste beschichtet und danach
erwärmt, um den Film aus der Silberpaste zur Ausbildung von Elektroden an den Sinterkörpern zum Haften zu bringen.
Andere Varistoren erhalten durch Aufsprühen bzw. Aufdampfen
Aluminiumelektroden. Sämtliche erhaltenen Varistoren werden zur Ermittlung ihrer nicht-linearen Spannungskennlinien getestet, wobei die in der folgenden Tabelle I
aufgeführten Ergebnisse erhalten werden:
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| Tabelle | I | V1 (V) | Varistoren 2,0 0,5 1 |
28 | (in ,0 |
mm) 2,0 |
|
| Herstellung der Elektroden |
Dicke der 0,5 1,0 |
80 | 28 | α | |||
| 82 | 160 | 28 | 29 | 30 | |||
| Beschichten mit einer Silberpaste |
41 | 81 | 162 | 28 | 29 | ||
| Besprühen mit Al | ■ 43 | 161 | 28 | 29 | |||
| Bedampfen mit Al | 42 |
Entsprechend Beispiel 5 werden unter Verwendung eines Ausgangsmateriäls entsprechender Zusammensetzung, das
jedoch anstelle des Zirkonoxids Yttriumoxid enthält, verschiedene scheibenförmige Varistoren derselben Größe
und verschiedener Dicke hergestellt. Die erhaltenen Varistoren werden zur Ermittlung ihrer nicht-linearen
Spannungskennlinien getestet, wobei die in der folgenden
Tabelle II aufgeführten Ergebnisse erhalten werden.
| Tabelle | 48 | II | Varistoren 2,0 0,5 1 |
28 | (in ,0 |
mm) 2,0 |
|
| Herstellung der Elektroden |
Dicke 0,5 |
47 | der 1,0 |
28 | α | ||
| V | 48 | Λ (ν) | 188 | 28 | 28 | 27 | |
| Beschichten mit einer Silberpaste |
94 | 185 | 28 | 28 | |||
| Besprühen mit Al | 93 | 187 | 28 | 27 | |||
| Bedampfen mit Al | 94 | ||||||
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-X-
Entsprechend Beispiel 5 werden unter Verwendung eines Ausgangsmaterials entsprechender Zusammensetzung, das
jedoch anstelle des Zirkonoxids Hafniumoxid enthält, verschiedene scheibenförmige Varistoren derselben Größe und verschiedener Dicke hergestellt. Die erhaltenen
Varistoren werden zur Ermittlung ihrer nicht-linearen Spannungskennnlinien getestet, wobei die in der folgenden
Tabelle III aufgeführten Ergebnisse erhalten werden.
| Tabelle | 38 | i III | 30 | (in ,0 |
mm) 2,0 |
|
| Herstellung der Elektroden |
Dicke 0,5 1 |
39 | 29 | α | ||
| V1 | 39 | der Varistoren ,0 2,0 0,5 1 |
30 | 31 | 31 | |
| Beschichten mit einer Silberpaste |
(V) | 30 | 30 | |||
| Besprühen mit Al | 76 152 | 31 | 30 | |||
| Bedampfen mit Al | 78 155 | |||||
| Beispiel 8 | 76 153 | |||||
Entsprechend Beispiel 5 werden unter Verwendung eines
Ausgangsmaterials entsprechender Zusammensetzung, das jedoch anstelle des Zirkonoxids Scandiumoxid enthält,
verschiedene scheibenförmige Varistoren derselben Größe und verschiedener Dicke hergestellt. Die erhaltenen
Varistoren werden zur Ermittlung ihrer nicht-linearen Spannungs kennlinien getestet, wobei die in der folgenden
Tabelle IV aufgeführten Ergebnisse erhalten werdenβ
030049/0748
|
- κ-
(S |
Varistoren 2,0 0,5 1 |
24 | 30 | 18 | |
| - - " -. - . - - ' ■ |
Tabelle IV | 24 | |||
| -■ . - ' ' - Herstellung der Elektroden |
Dicke der 0,5 1,0 |
180 | 24 | (in ,0 |
mm) 2,0 |
| V1 (V) | 183 | α | |||
| Beschichten mit einer Silberpaste |
46 90 | 182 | 24 | 23 | |
| Besprühen mit Al | 46 92 | 23 | 23 | ||
| Bedampfen mit Al | 45 91 | 24 | 23 | ||
Um die Polaritätseigenschaften von erfindungsgemäß hergestellten Varistoren, d.h. die Stromstoßeigen-schäften,
die Gleichstrombelastungseigenschaften und die Temperatur/Feuchtigkeits-Zykluseigenschaften, zu belegen,
werden in den folgenden Beispielen 9 bis 12 unter Verwendung
verschiedener Ausgangsmaterialien verschiedene Varistoren mit V1 = 200 V hergestellt.
Unter Verwendung eines Ausgangsmaterials mit 1,0 Mol-%
Nickeloxid, 1,0 Mol-% Zirkonoxid, 3,0 Mol-# metallischen
Zinks und zum Rest Zinkoxid werden verschiedene Varistoren
hergestellt.
Unter Verwendung eines Ausgangsmaterials mit 0,5 Mol-%
Nickeloxid, 0,75 Mol-% Yttriumoxid, 5,0 Uol-% metallischenZinks
und zum Rest Zinkoxid werden verschiedene Varistoren hergestellt.
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" " 30185
Unter Verwendung eines Ausgangsmaterials mit 0,5 Mol-%
Nickeloxid, 1,0 Mol-?£ Hafniumoxid, 4,0 Uol-% metallischen
Zinks und zum Rest Zinkoxid werden verschiedene Varistoren hergestellt.
Unter Verwendung eines Ausgangsmaterials mit 0,75 Mol-%
Nickeloxid, 1,0 Mol-?6 Scandiumoxid, 3,5 Mol-% metallischen
Zinks und zum Rest Zinkoxid werden verschiedene Varistoren hergestellt.
An die Varistoren der Beispiele 9 bis 12 wird 10000-mal
ein .Stoßstrom von 500 A angelegt, wobei die Stromstoßeingensohaften der einzelnen Varistoren, d.h.
die Änderung von V1 in positiver und negativer Richtung,
aufgezeichnet werden. Ferner werden die Varistoren bei einer Temperatur von 850C 500-mäl einer Belastung von 2 ΐ
ausgesetzt, wobei die Gleichstrombelastungseigenschaften der verschiedenen Varistoren, d.h. die Änderung V- in positiver
und negativer Richtung, aufgezeichnet werden. Schließlich werden die Varistoren genau 100-mal Temperaturschwankungen von -400C bis +880C bei einer Belastung
von 2 ¥ und einer relativen Feuchtigkeit von 95% ausgesetzt,
wobei die Temperatur/Feuchtigkeits-Zykluseigenschaften
der verschiedenen Varistoren, d.h. die Änderung V1 in positiver und negativer Richtung, aufgezeichnet
werden.
Die Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle V. Diese enthält auch Angaben über die Polaritätseigen-
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30185SB
schäften eines bekannten Varistors "bzw. Vergleichselements
aus einem Ausgangsmaterial mit 0,5 Mol-% BiO, 0,5 Mol-%
MhO, 0,5 MoI-JfCoO, 1 Μο1-% Sb3O3 und Zum Rest ZnO.
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Vergleichselement Varistor des Beispiels 9 Varistor des Beispiels 10
positive negative positive negative positive negative
Richtlang Richtung Richtung Richtung Richtung Richtung
positive negative positive negative positive negative
Richtlang Richtung Richtung Richtung Richtung Richtung
| Temperatur/Feuchtig- keits-Zykluseigen- schaften |
+5% | -18% | +2, | 0% | -0 | ,5% | +2, | 0% | -0 | ,5% |
| Gleichstrombelastungs eigenschaften Stromstoß- · eigenschaften |
+3% +4% |
-26% -20% |
+2, +2, |
5% 0% |
-2 -1 |
,0% ,5% |
+2, +1, |
0% 5% |
-1 -1 |
,0% ,0% |
ω ο ο
*■-co
^3 Temperatur/Feuchtig-■*"" keits-Zykluseigen-
Varistor des Beispiels 11 Varistor des Beispiels 12
positive negative positive negative
Richtung Richtung Richtung Richtung
positive negative positive negative
Richtung Richtung Richtung Richtung
y schaften
Gleichstrombelastungseigenschaften
Stromstößeigenschaften
+1,5% +2,0% +1,5%
-0,5% +2,
-2,0% +2,0%
-1,5% +1,5%
-0,5% -1,5% -1,5%
Aus Tabelle V geht hervor, daß die Ausgangsspannung V1 der
erfindungsgemäß hergestellten Sinterkörper-Varistoren auf ZnO-Basis weniger in positiver und negativer Richtung
schwankt als die Ausgangsspannung V1 des bekannten Varistors* Dies trägt in hohem Maße zur Aufrechterhaltung
der symmetrischen Spannung/Strom-Eigenschaften der Varistoren bei. Da ihre ansteigende Spannung V1 nur sehr wenig schwankt, besitzen die erfindungsgemäß hergestellten Varistoren eine lange Haltbarkeit und eine hohe Zuverlässigkeit.
schwankt als die Ausgangsspannung V1 des bekannten Varistors* Dies trägt in hohem Maße zur Aufrechterhaltung
der symmetrischen Spannung/Strom-Eigenschaften der Varistoren bei. Da ihre ansteigende Spannung V1 nur sehr wenig schwankt, besitzen die erfindungsgemäß hergestellten Varistoren eine lange Haltbarkeit und eine hohe Zuverlässigkeit.
Unter Verwendung verschiedener Ausgangsmaterialien und durch zweistündiges Sintern derselben bei einer Temperatur von
12000C werden verschiedene Varistoren hergestellt. Diese
werden in entsprechender Weise wie die Varistoren der
Beispiele 9 bis 12 .zur Ermittlung ihrer nicht-linearen
Spannurigs kennlinien (V1, α) und ihrer Stromstoßeigenschaften getestet. Die Zusammensetzung der verwendeten Aüsgangsmaterialien und die mit den verschiedenen Varistoren erhaltenen Ergebnisse finden sich in der
folgenden Tabelle VI.
Beispiele 9 bis 12 .zur Ermittlung ihrer nicht-linearen
Spannurigs kennlinien (V1, α) und ihrer Stromstoßeigenschaften getestet. Die Zusammensetzung der verwendeten Aüsgangsmaterialien und die mit den verschiedenen Varistoren erhaltenen Ergebnisse finden sich in der
folgenden Tabelle VI.
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Ausgangsmaterial
(Zusammensetzung
in Mol-%)
ZnO NiO MeO
(Zusammensetzung
in Mol-%)
ZnO NiO MeO
Zn
nicht-lineare
Spannung
V^/mm α
Stromstoßeigenschaften
positive Richtung
| Beispiel | 13 | 98,99 | 0,5 | Y2O3 | 0,01 | 113 | |
| 0,5 | |||||||
| π | 14 | 98,9 | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 108 | |
| η | 15 | 98 | 0,5 | 0,5 | 1 | 102 | |
| O | η | 16 | 89 | 0,5 | 0,5 | 10 | 87 |
|
O
Ο |
η | 17 | 98,99 | 0,5 |
Sc2O3
0,5 |
0,01 | 109 |
| CO | η | 18 | 98,9 | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 100 |
| σ | M | 19 | 98 | 0,5 | 0,5 | 1 | 92 |
| η | 20 | 89 | 0,5 | 0,5 | 10 | 84 | |
| OO | η | 21 | 98,99 | 0,5 | ZrO2 | 0,01 | 97 |
| 0,5 | |||||||
| η | 22 | 98,9 | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 90 | |
| η | 23 | 98 | 0,5 | 0,5 | 1 | 82 | |
| ti | 24 | 89 | 0,5 | 0,5 | 10 | 75 | |
| η | 25 | 98,99 | 0,5 | HfO2 | 0,01 | 91 | |
| 0,5 | |||||||
| η | 26 | 98,9 | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 85 | |
| η | 27 | 98 | 0,5 | 0,5 | 1 | 78 | |
| η | 28 | 89 | 0,5 | 0,5 | 10 | 71 |
+4
+3 +2 +2 +5
+4 +2 +2 +4
+3 +2 +2 +3
+3 +2 +2
negative Richtung
-4
-2,5 -1 -2 -4,5
-3 -1
-1,5 -3,5
-2 -1 -2 -3
-1,5
-1
-2
cn to cn
Fortsetzung Tabelle VI
;:18 ;';.' '■■:' :■ ■..;■■ +4,.■■'■:.'■ :'■ ■ λ'V ' ; '-9,:\V;
19 ':'„. ''■■' +3 '■■.: '■■ :';;,' :^-7-
23 +4 ""^»5
25'; ■■".■■ ^ +3,' ■.■.;■ , ■ "■: -4
28 +3 -1,0
° " 32 95,5 0,5 Sc0O^=O,5 3 87 31 +2 -0,5
^ 30 +2 -0,5
ο η 34 95,89 0,5 Sc0O^=O,01 3 108 30 +3 -3
X2U3=U,Ί ,
31 +3 -1,5
| Vergleichs element 1, |
29 | 98,999 | 0,5 | Y2O3=O,5 | 0,001 | 3 | 5 | 154 |
| η ,' | 84 | °'5 | Sc2O3=O,5 | 15' '-.V- | 71 | |||
| Beispiel | 30 | 99,48 | 0,01 | Υ203=0,Ί | 0,01 | 5 | 110 | |
| Sc2O3=O,4 | ||||||||
| ■:'■■■ »'' | 31 | 98,9 | 0,1 | Y2O3=O,4 | 0,5 | 104 | ||
| ZrO2=O,1 | ||||||||
| 32 | 98 | 0,5 | Y2O3=O,4 | 1 | 92 | |||
| Hf02=0,1 | ||||||||
| ti | 33 | 95,5 | 0,5 | Sc2O3=O,5 | 3, ■'..■■ | 87 | ||
| 34 | ZrO2=O,5 | |||||||
| R | 93,5 | 1,0 | ZrO2=O,5 | 5 | 8I | |||
| η | 35 | 95,89 | 0,5 | Hf2O3=O,5 Sc2O3=O1OI |
108 | |||
| Υ203=0,1 ZrO2=O,5 |
||||||||
| η | 36 | 91,5 | 1,0 | Y2O3=O,5 | 97 | |||
| Sc2O3=I,0 Hf O2=I,0 |
||||||||
| η | 85 | 3 | υ2ο3=ι,ο | 113 | ||||
| Zr02=3,0 | ||||||||
| HfO2=3,O | ||||||||
+3 -2,0
OO CJi CD
Beispiel 37 81 5 Sc2O3=I1O 5 125 28 +3 -2,5
ZrO2=S,0
Hf02=5,0
" 38 70 10 Y2°3=1 10 145 27 +5 "3
Sc2O5=3
ZrO2=3
Leerseite
Claims (8)
- PatentansprücheVerfahren zur Herstellung eines nicht-linearen Widerstands, bei welchem ein hauptsächlich Zinkoxid enthaltendes und mit Zuschlagen versetztes Ausgangsmaterial zu einem Sinterkörper nicht-linearer 3pannungsrWiderstandstcennlinie gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsmaterial verwendet wird, das 0,01 bis 10 Μο1-?ύ Nickeloxid oder eines Vorläufers desselben als ersten Zuschlag, 0,01 bis 10 Mol-% Zirkonoxid, Yttriumoxid, Hafniumoxid und/oder Scandiumoxid und/oder eines Vorläufers derselben als zweiten Zuschlag, 0,01 bis 10 -% metallischen Zinks und zum Rest Zinkoxid enthält.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Ausgangsmaterial 0,5 bis 1 Mol-% des ersten Zuschlags enthält.
- 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial 0,5 "bis 1 ;iol-% des zweiten Zuschlags enthält.
- 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial 3 -bis 6 Mol-# metallischen Zinks enthält.
- 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial bis zu 0,5 Mol-% Ger oder Praseodym enthält.
- 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial030049/074 8 ORIGINAL INSPECTEDbei einer Temperatur von mindestens etwa 11OO°C gesintert wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von etwa
1150° bis 12000C gesintert wird. - 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial 2 bis 4 h gesintert wird.0300A9/0748
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