DE936495C

DE936495C - Process for the production of varistors from silicon carbide

Info

Publication number: DE936495C
Application number: DEW14029A
Authority: DE
Inventors: Carl John Frosch
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1953-07-23
Filing date: 1954-05-21
Publication date: 1955-12-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Siliziumkarbid, welches bei der Herstellung von elektrischen Widerstandseinrichtungen zur Verwendung kommen soll und insbesondere für die Verwendung bei der Herstellung von nichtohmschen Widerständen bestimmt ist.The invention relates to the treatment of silicon carbide, which is used in the manufacture of electrical resistance devices should come and especially for use in the manufacture of non-ohmic Resistances is determined.

Varistoren aus Siliziumkarbid werden gewöhnlich in der Weise hergestellt, daß man feinzerteiltes Siliziumkarbid mit Wasser und einem keramischen Binder mischt, die Mischung zu dem gewünschten Formkörper preßt und dann den Preßling trocknet und brennt. Die elektrische Kennlinie solcher Varistoren wird durch die Beziehung En -kI ausgedrückt, worin E die an dem Varistor liegende Spannung, I den durch den Varistor fließenden Strom, k eine für einen gegebenen Widerstand geltende Konstante und n einen Zahlenwert größer als r bezeichnet.Silicon carbide varistors are usually manufactured in such a way that that finely divided silicon carbide is mixed with water and a ceramic binder, the mixture is pressed into the desired shaped body and then the compact is dried and burns. The electrical characteristic of such varistors is given by the relationship En -kI expressed, where E is the voltage across the varistor, I den through the Varistor flowing current, k is a constant valid for a given resistance and n denotes a numerical value greater than r.

Es ist zweckmäßig, daß n so groß wie möglich ist, da dieser Exponent ein Maß für die Abweichung von der Ohmschen Charakteristik darstellt. Der gewünschte Wert für k hängt von dem Anwendungsfall ab, für welchen der Varistor bestimmt ist, und kann dadurch gesteuert werden, daß man dem Siliziumkarbidgemisch, aus welchem der Varistor hergestellt wird, veränderliche Mengen von leitendem Kohlenstoff, z. B. Graphit, zusetzt.It is convenient that n be as large as possible because of this exponent represents a measure of the deviation from the ohmic characteristic. The one you want The value for k depends on the application for which the varistor is intended, and can be controlled by the silicon carbide mixture from which the varistor is made, varying amounts of conductive carbon, e.g. B. graphite adds.

Siliziumkarbid wird bekanntlich in Blöcken von mehreren Tonnen auf elektrothermischem Wege durch Reaktion zwischen Quarzsand und Petrollkoks her-. gestellt. Nachdem die Reaktion beendet ist, läßt man den Block abkühlen, um ihn danach zu zerschlagen. Der Teil des Blockes, welcher aus reinen Siliziumkarbidkristallen besteht, wird abgesondert und in große Stücke zerlegt. Das so gewonnene Ausgangsmaterial wird auf eine bestimmte Korngröße zerkleinert, welche sich für die Formung vön Varistoren eignet. Die Korngröße liegt zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,25 mm. Nach Waschen und Entfernen der beim Zerkleinern entstehenden Eisenteilchen wird das Material in üblicher Weise mit dem Bindemittel gemischt und zur Herstellung des Varistorkörpers gebrannt.As is known, silicon carbide is produced in blocks of several tons by electrothermal means through a reaction between quartz sand and petroleum coke. posed. After the reaction has ended, the block is allowed to cool and then broken up. The part of the block, which consists of pure silicon carbide crystals, is separated and cut into large pieces. The raw material obtained in this way is crushed to a certain grain size, which is suitable for the formation of varistors. The grain size is between about 0.05 mm and about 0.25 mm. After washing and removing the iron particles formed during the comminution, the material is mixed with the binder in the usual way and fired to produce the varistor body.

Varistoren, welche aus Siliziumkarbidteilchen hergestellt sind, die in der oben beschriebenen Weise darcb Zerkleinern der Gesamtmasse des von dem Block ausgewählten Siliziumkarbids gewonnen worden sind, besitzen keine übereinstimmenden Kennlinien. Wenn ein Varistor in mehrere Teile zerlegt wird, so zeigen auch diese ein unterschiedliches Verhalten.Varistors made from silicon carbide particles, the in the manner described above, the total mass of the block is crushed selected silicon carbide have been extracted do not have any matching Characteristics. If a varistor is dismantled into several parts, these also show a different behavior.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden Siliziumkarbidstücke, wie sie aus dem Ofenblock gewonnen werden, zerkleinert, bis ein wesentlicher Teil, z. B. 2o bis 8o o%, aber nicht die Gesamtmenge, bis zu einer Korngröße zerkleinert ist, der durch ein Sieb von etwa 0,76 mm Maschenweite hindurchgeht. Der Siebrückstand wird bis auf 0,05 bis 0,25 mm, danach weiterzerkleinert und schließlich in üblicher Weise zu Varistoren verarbeitet. Das Feinkorn wird als Schleifmittel weiterverwendet. In der Zeichnung ist die Gewinnung von Si C-Körnung für Varistören dargestellt.According to the method of the present invention, silicon carbide pieces as obtained from the furnace block are crushed until a substantial part, e.g. B. 2o to 8o o%, but not the total amount, is crushed to a grain size that passes through a sieve of about 0.76 mm mesh size. The sieve residue is reduced to 0.05 to 0.25 mm, then further crushed and finally processed into varistors in the usual way. The fine grain is used as an abrasive. The drawing shows the extraction of Si C grains for varicose veins.

Das Material, welches auf dem Sieb zurückbleibt, wird in üblicher Weise zu Varistoren verarbeitet. Es wird zuerst zerkleinert und auf die gewünschte Korngröße gebracht, die gewöhnlich von 0,05 bis 0,25 mm reicht und vorzugsweise etwa o,225 mm beträgt. Für die Herstellung von Varistoren ist es erwünscht, daß die Korngröße des Siliziumkarbids so gleichmäßig wie möglich ist.The material that remains on the sieve is processed into varistors in the usual way. It is first crushed and brought to the desired grain size, which usually ranges from 0.05 to 0.25 mm and is preferably about 0.225 mm. For the manufacture of varistors, it is desirable that the grain size of the silicon carbide be as uniform as possible.

Danach wird das Siliziumkarbid gewaschen und zwecks Ausscheidung magnetischer Teilchen behandelt. Anschließend erfolgt die Verformung zu Varistoren, indem das Siliziumkarbid mit Wasser und einem keramischen Bindemittel, z. B. Ton, vermischt wird, wobei erforderlichenfalls Graphit oder ein anderer leitender Kohlenstoff zugesetzt wird, um den spezifischen Widerstand auf den gewünschten Wert einzustellen.The silicon carbide is then washed and made magnetic for precipitation Particles treated. The deformation into varistors then takes place by inserting the Silicon carbide with water and a ceramic binder, e.g. B. clay, mixed with graphite or other conductive carbon added if necessary to set the specific resistance to the desired value.

Die dem Gemisch zugesetzte Tonmenge liegt gewöhnlich zwischen etwa 30 und etwa 7o o/o, zweckmäßig aber zwischen etwa q0 und etwa 6o o/o des Gewichts des Siliziumkarbids. Um dem Gemisch eine für die Verarbeitung geeignete Konsistenz zu geben, wird genügend Wasser zugesetzt. Graphit wird gewöhnlich in Mengen bis zu 5 oder 7 Gewichtsprozeut des festen Gemischanteils zugegeben.The amount of clay added to the mixture is usually between about 30 and about 70 o / o, but expediently between about q0 and about 60 o / o of the weight of the silicon carbide. Sufficient water is added to give the mixture a suitable consistency for processing. Graphite is usually added in amounts up to 5 or 7 percent by weight of the solid portion of the mixture.

Das Gemisch wird dann zu den erforderlichen Formfingen verpreßt, die gewöhnlich die Form dünner Scheiben haben. Diese Pressung läßt sich in besonders geeigneter Weise in einer Form ausführen, welche aus einer Metallmatrize und mit Gummi überzogenen Stempeln -besteht, bei einem Druck von 3oo bis 24oo kg j e Quadratzentimeter.The mixture is then pressed into the required form fingers, which usually in the form of thin slices. This pressing can be in particular suitably perform in a form which consists of a metal die and with Rubber-coated stamps exist at a pressure of 300 to 24oo kg every square centimeter.

Der gepreßte scheibenförmige Formling wird dann getrocknet und bei einer Temperatur zwischen zzoo bis x3oo° C in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, z. B. Stickstoff, Wasserstoff oder Mischungen derselben, gebrannt. Nach dem Brand werden die Scheiben beiderseits mit einer Elektrode versehen, indem man eine z. B. aus Zinn bestehende Metallschicht aufsprüht. Danach wird ein Zuführungsdraht an jede Elektrode angelötet.The pressed disk-shaped molding is then dried and at a temperature between zoo and x3oo ° C in a non-oxidizing atmosphere, z. B. nitrogen, hydrogen or mixtures thereof, burned. After the fire the discs are provided on both sides with an electrode by placing a z. B. sprayed on consisting of tin metal layer. After that, a lead wire is made soldered to each electrode.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Process for the production of silicon carbide varistors from unrefined silicon carbide pieces which are obtained from furnace blocks, characterized in that the silicon carbide pieces are comminuted to such an extent that at least 20 percent by weight to at most 8o% fall through a sieve with openings of 0.76 mm, whereupon the Sieve residue is crushed to grain sizes between 0.05 and 0.25 mm and processed into varistors.

2. The method according to claim z, characterized in that the comminuted residue with grain sizes between 0.05 and 0.9.5 mm is mixed with a ceramic binder and pressed into thin disks, which are equipped with metal electrodes on both sides.