JP2001348269A - Zinc oxide ceramic composition, method of producing the same and zinc oxide varistor - Google Patents

Zinc oxide ceramic composition, method of producing the same and zinc oxide varistor

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JP2001348269A
JP2001348269A JP2000165253A JP2000165253A JP2001348269A JP 2001348269 A JP2001348269 A JP 2001348269A JP 2000165253 A JP2000165253 A JP 2000165253A JP 2000165253 A JP2000165253 A JP 2000165253A JP 2001348269 A JP2001348269 A JP 2001348269A
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zinc oxide
aluminum
zinc
antimony
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JP2000165253A
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Atsushi Iga
篤志 伊賀
Daiki Miyamoto
大樹 宮本
Takashi Miyamoto
敬 宮本
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Osaka Prefecture
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ZUINKUTOPIA KK
Osaka Prefecture
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a zinc oxide ceramic composition useful for producing a zinc oxide varistor which is excellent in electric characteristics, has high reliability against direct current load and surge load and is stable to heat treatment. SOLUTION: The zinc oxide ceramic composition is obtained by adding and mixing a boron oxide-containing synthetic material obtained by adding either one of or two or three kinds of bismuth oxide, antimony oxide and zinc oxide to boron oxide and heat-treating the resulting mixture, bismuth oxide or a bismuth oxide-containing synthetic material, antimony oxide or an antimony oxide-containing synthetic material, a chromium oxide-containing synthetic material obtained by adding either one or two or three kinds of boron oxide, bismuth oxide and antimony oxide to chromium oxide and then heat-treating the resulting mixture, an iron-group oxide selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide and any one of aluminum hydroxide, an aluminum oxide hydrate and an aluminum compound to zinc oxide, then press- forming the resulting mixture into a disk and sintering the disk. Further, a disk-type varistor is obtained by forming electrodes on both surfaces of the disk and attaching a lead wire to each electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は電気回路中のサ−
ジ吸収などに用いられる酸化亜鉛バリスタ用磁器組成物
とその製造方法および酸化亜鉛バリスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit in an electric circuit.
The present invention relates to a porcelain composition for a zinc oxide varistor used for absorption and the like, a method for producing the same, and a zinc oxide varistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】酸化亜鉛バリスタは、酸化亜鉛と基本添
加物である酸化ビスマス、酸化コバルトおよび酸化マン
ガンと、さらに性能向上のために添加される各種の酸化
物とを含む酸化亜鉛原料粉末を成形し焼成することによ
って得られる酸化亜鉛磁器組成物の焼結体を用いて製造
される。酸化亜鉛バリスタの立ち上がり電圧は、電極間
に存在する酸化亜鉛焼結体内の粒界の数にほぼ比例して
上昇することが知られている。すなわち、立ち上がり電
圧は焼結体内の一つの粒界あたり3から4ボルト上昇す
る。したがって、厚さ1mmあたり300〜400Vくら
いの高電圧用の酸化亜鉛バリスタを製造するためには、
平均粒径4〜40μm程度の粒径の小さいZnO粒子を有す
る酸化亜鉛焼結体を製造することが必要である。そこで
従来は、高電圧用の酸化亜鉛バリスタを製造するために
はSb2O3などのZnO粒子の粒成長抑制剤を添加することに
よって、ZnO粒子の成長を抑制する方法が用いられてき
た。Sb2O3は、酸化亜鉛バリスタの非直線抵抗特性を安
定化させるという重要な働きも行う。
2. Description of the Related Art Zinc oxide varistors form a zinc oxide raw material powder containing zinc oxide, basic additives such as bismuth oxide, cobalt oxide and manganese oxide, and various oxides added for further improving the performance. It is manufactured using a sintered body of a zinc oxide porcelain composition obtained by firing and firing. It is known that the rising voltage of the zinc oxide varistor increases almost in proportion to the number of grain boundaries in the zinc oxide sintered body existing between the electrodes. That is, the rise voltage rises by 3 to 4 volts per grain boundary in the sintered body. Therefore, in order to manufacture a zinc oxide varistor for a high voltage of about 300 to 400 V per 1 mm thickness,
It is necessary to produce a zinc oxide sintered body having ZnO particles having a small average particle diameter of about 4 to 40 μm. Therefore, conventionally, in order to manufacture a zinc oxide varistor for high voltage, a method of suppressing the growth of ZnO particles by adding a grain growth inhibitor of ZnO particles such as Sb 2 O 3 has been used. Sb 2 O 3 also plays an important role in stabilizing the nonlinear resistance characteristics of zinc oxide varistors.

【0003】 なお、立ち上がり電圧とは、バリスタに
1mAの電流を流した時の両端子間の電圧をいい、V1mA
表わす。そして厚みが1mmの試料に1mAの電流を流した
時の両端子間の電圧をこの材料の定数の一つとし、V1mA
/mmで表わしている。これは試料1mmの厚み当たりの立
ち上がり電圧ということになる。
The rising voltage refers to a voltage between both terminals when a current of 1 mA flows through the varistor, and is expressed as V 1 mA . The voltage between both terminals when a current of 1 mA flows through a sample having a thickness of 1 mm is defined as one of the constants of this material, and V 1 mA
/ mm. This means a rising voltage per 1 mm thickness of the sample.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高電圧
用、高性能の酸化亜鉛バリスタを得るには、1150℃
〜1300℃の高い焼結温度を必要とした。これらの高
い温度で焼成すると大気中においてもBi2O3などの蒸発
は活発である。また、Bi2O3は多くの種類の物質と反応
しやすく、炉材や容器等のセラミックス材など多くの物
質を容易に腐食する。すなわち、高い焼結温度は電力消
費のみならず、Bi2O3などの激しい飛散とそれに伴う炉
材や容器の消耗をもたらすので、焼成温度の低温度化が
要望されていた。又、焼成温度が高いときには、炉内の
焼成物の置かれた場所により、温度、昇温速度、Bi2O3
やSb2O3の蒸気圧などに差が生じ、これらを均一に保つ
ことが困難で、特性のバラツキを生じやすいなどの問題
をもっていた。
However, in order to obtain a high-performance, high-performance zinc oxide varistor for high voltage, 1150 ° C.
High sintering temperatures of 1300 ° C. were required. When firing at these high temperatures, evaporation of Bi 2 O 3 and the like is active even in the air. Further, Bi 2 O 3 easily reacts with many kinds of substances and easily corrodes many substances such as ceramic materials of furnace materials and containers. In other words, a high sintering temperature causes not only power consumption but also intense scattering of Bi 2 O 3 and the like, and concomitant consumption of furnace materials and containers. Therefore, a lower sintering temperature has been demanded. Also, when the firing temperature is high, the temperature, the heating rate, Bi 2 O 3
And Sb 2 O 3 have differences in vapor pressure and the like, making it difficult to keep them uniform, and causing problems such as characteristic variations.

【0005】 一方、従来の酸化亜鉛バリスタの配合組
成で焼成温度を低くすると、十分な焼結がおこなわれ
ず、そのために立ち上がり電圧が急激に高くなり、ZnO
の粒径にバラツキが生じ非直線抵抗特性が低下する。ま
た、電力負荷、パルス電流負荷などによる劣化が進みや
すくなる。
[0005] On the other hand, if the firing temperature is lowered with the conventional composition of zinc oxide varistor, sufficient sintering is not performed, and therefore, the rising voltage rapidly increases, and ZnO
And the non-linear resistance characteristics decrease. Further, deterioration due to a power load, a pulse current load, or the like is likely to progress.

【0006】 酸化亜鉛粉体にSb2O3などを添加した混
合粉体に加圧成形を施して焼成すると, 昇温過程でSb2
O3は容易に昇華してZnO粒子の表面を覆い、さらにSb2O3
はZnOと反応してZnOとZnOの接触をさまたげ, ZnO粒成
長を抑制する働きをする。その結果、十分焼結するため
には高温を必要となる。また焼結体において、Sb2O3
濃度がバラツキがあると粒成長が促進されない部分と促
進される部分が混在してしまうことになり、従来の製造
方法では、粒径のそろった焼結体を製造することが困難
であった。従って、品質の不均一やロット間の品質のバ
ラツキが生じやすかった。
When a powder mixture obtained by adding Sb 2 O 3 or the like to zinc oxide powder is subjected to pressure molding and sintering, Sb 2
O 3 easily sublimates to cover the surface of ZnO particles, and furthermore Sb 2 O 3
Reacts with ZnO to suppress the contact between ZnO and ZnO, thereby suppressing the growth of ZnO grains. As a result, high temperatures are required for sufficient sintering. Also, in the sintered body, if the concentration of Sb 2 O 3 varies, a part where the grain growth is not promoted and a part where the grain growth is promoted are mixed. It was difficult to manufacture the body. Therefore, it is easy to cause non-uniform quality and lot-to-lot quality variation.

【0007】 酸化亜鉛バリスタの磁器の基本組成で
あるZnO−Bi2O3系には740℃の共晶温度をもつ共晶組
成があるので、このZnOとBi2O3の二者の混合物は800℃
近傍の温度においても容易に反応し焼結する。しかるに
添加物の中にSb2O3が存在するとSb2O3が低温で昇華して
ZnOの周りを覆ってしまってZnOとBi 2O3の二者の接触を
妨げ、この反応を妨げ、焼結を困難にする。さらにこれ
にBi2O3とZnOが反応してZnO-ZnO間にZnO-Bi2O3-Sb2O3
強固なパイロクロア相の膜が形成され、さらに焼結をお
くらせる。ZnO-Bi2O3-Sb2O3系では低温で容易に固相の
パイロクロア相が形成され、液相のBi2O3相の生成が妨
げられ液相焼結の進行が遅れる。Sb2O3は、添加物その
ものがあるいはSb2O3の化合物がZnO粒子の間の接触を妨
げる場合と、化学的に安定なパイロクロアを形成する場
合とがある。しかしながら、Sb2O3の昇華が抑制されて
パイロクロア相の膜が形成されなかった場合には、ここ
にコバルト、マンガン、ニッケル、クロムなどの酸化物
が存在すると、これらが亜鉛、アンチモンの酸化物とと
もにスピネル相を形成し、比較的低温より液相のBi2O3
相を生成して、ZnOの液相焼結がはじまる。
With the basic composition of the porcelain of the zinc oxide varistor
A certain ZnO-BiTwoOThreeEutectic group with eutectic temperature of 740 ℃
ZnO and BiTwoOThree800 ° C
It reacts and sinters easily even at near temperatures. Properly
Sb in additivesTwoOThreeExists and SbTwoOThreeSublimates at low temperatures
Covering around ZnO, ZnO and Bi TwoOThreeContact between the two
Hinders this reaction, making sintering difficult. And this
BiTwoOThreeAnd ZnO react to form ZnO-Bi between ZnO-ZnOTwoOThree-SbTwoOThreeof
A strong pyrochlore phase film is formed, and further sintering is performed.
Make it go. ZnO-BiTwoOThree-SbTwoOThreeIn systems, solid phase
Pyrochlore phase is formed and liquid phase BiTwoOThreePhase formation is impeded
And the progress of liquid phase sintering is delayed. SbTwoOThreeIs an additive
Things or SbTwoOThreeCompounds prevent contact between ZnO particles
And a place to form a chemically stable pyrochlore
There is a match. However, SbTwoOThreeSublimation is suppressed
If the pyrochlore phase film was not formed,
Oxides such as cobalt, manganese, nickel and chromium
When present, these are zinc, antimony oxides and
A spinel phase is formed and Bi is in a liquid phase at a relatively low temperature.TwoOThree
A phase is generated and the liquid phase sintering of ZnO begins.

【0008】 比較的低温より液相のBi2O3相を生成し
て、ZnOの液相焼結を行わせるため、Sb2O3の昇華が抑制
されるような酸化アンチモンの添加方法を採用すること
によって、低温で優れた非直線抵抗特性をもった焼結体
が得られるようになったが、これらの酸化亜鉛バリスタ
は本質的な不安定性を持っていた。
In order to generate a Bi 2 O 3 phase in a liquid phase at a relatively low temperature and perform a liquid phase sintering of ZnO, a method of adding antimony oxide which suppresses sublimation of Sb 2 O 3 is employed. As a result, a sintered body having excellent non-linear resistance characteristics can be obtained at a low temperature, but these zinc oxide varistors have inherent instability.

【0009】 酸化亜鉛バリスタにおいて電気特性が優
れているとは、たとえば、漏れ電流が少なく、後述する
非直線抵抗指数 0.1mAα1mAが高い特性を持つなどであ
る。また、信頼性が優れているとは、長時間電圧を印加
した場合、あるいは高温下で長時間電力負荷を加えた場
合、さらにはパルス電流を印加した場合等においても、
電気特性の低下などがなく、もとの電気特性が維持され
るなどの事項が挙げられる。
The excellent electrical characteristics of the zinc oxide varistor include, for example, a small leakage current and a high non-linear resistance index of 0.1 mA α 1 mA described later. Also, excellent reliability means that when a long-term voltage is applied, when a long-term power load is applied at a high temperature, or when a pulse current is applied,
Matters such as the original electrical characteristics being maintained without a decrease in the electrical characteristics are given.

【0010】従来の製造方法で作成した酸化亜鉛バリス
タの場合、n型半導体としての酸化亜鉛粒子内では2〜5
×1017個/cm3の伝導電子が存在する。 これらの伝導電
子は、アルミニウムを添加していない場合には主として
酸化亜鉛結晶の亜鉛と酸素の原子が位置する格子点と格
子点の間に位置する格子間に存在する格子間亜鉛原子い
わゆるインタースティシャルZnの電子が励起したもので
ある。高電流域におけるV-I特性を向上する目的でアル
ミニウムを添加すると伝導電子は、インタースティシャ
ルZnから励起されたものとアルミニウムから励起された
ものになる。これら酸化亜鉛バリスタにおいて最大の問
題点は電気的不安定性である。一つは長時間にわたって
直流または交流の電圧を印加しつづけるとV-I特性が劣
化して徐々に電流が増加することである。他の一つは、
酸化亜鉛バリスタの焼結体に700℃前後の熱処理を施す
とV-I特性が急激に劣化し、漏れ電流が大きくなって場
合によっては実用化できないことが起きる。これらの二
つのV-I特性の劣化は酸化亜鉛バリスタの焼結体の酸化
亜鉛粒子の粒界にそって生ずる空乏層内におけるインタ
ースティシャルZnの移動によって起きる。
In the case of a zinc oxide varistor produced by a conventional manufacturing method, 2 to 5 particles are contained in zinc oxide particles as an n-type semiconductor.
There are × 1017 conduction electrons / cm 3 . When aluminum is not added, these conduction electrons are mainly interstitial zinc atoms existing between lattice points located between lattice points of zinc and oxygen atoms of the zinc oxide crystal, so-called interstitial. The electrons of Char Zn are excited. When aluminum is added for the purpose of improving the VI characteristics in a high current region, conduction electrons become excited by interstitial Zn and excited by aluminum. The biggest problem with these zinc oxide varistors is electrical instability. One is that if a DC or AC voltage is continuously applied for a long time, the VI characteristics deteriorate and the current gradually increases. The other one is
When the sintered body of the zinc oxide varistor is subjected to a heat treatment at about 700 ° C., the VI characteristics are rapidly deteriorated, and the leakage current is increased, and in some cases, it may not be practical. The deterioration of these two VI characteristics is caused by the movement of interstitial Zn in the depletion layer generated along the grain boundary of the zinc oxide particles of the sintered body of the zinc oxide varistor.

【0011】 さらに詳しく検討すると、大気中高温で
生成されたZnO粒子では、ZnO結晶格子間にインタスティ
シャルZn原子が形成され、このインタスティシャルZn原
子がドナーとして働いて伝導帯に電子を供給して酸化亜
鉛はn−型半導体となっている。ZnO中のインタスティシ
ャルZn原子の濃度は雰囲気中の酸素分圧が高いと低くな
り、雰囲気温度が高くなると増すといわれている。かか
るZnO粉体にBi2O3、CoO、MnOなどを添加し、加圧成型し
て高温大気中で焼結すると、きわめて高い非直線抵抗特
性をもったZnOバリスタが得られた。これらの焼結体の
粒界では、粒界の両側のZnO中の伝導電子が粒界に捕獲
され、そのために粒界の両側に空乏層が形成され、粒界
の両側に電子の異動を阻止するバリアが形成される。い
わゆるダブル・ショットキ・バリアが形成される。n−
型ZnO半導体の主な電気伝導の担い手はインタスティシ
ャルZn原子より生じた伝導電子であるので、空乏層内に
はプラス・チャージを持ったインタスティシャルZn原子
が残っていることになる。焼結体に外部から電圧が印加
されていない場合においても、空乏層内では強い電界が
働いており、空乏層内のプラス・チャージを持ったイン
タスティシャルZn原子は粒界に向けて引力を受けてい
る。このような焼結体に外部より電圧が印加されると、
電圧は薄い空乏層に対してのみ印加されるので、一方の
空乏層内ではさらに大きな電界が働くことになりインタ
スティシャルZn原子は比較的移動しやすいので、その一
部は粒界に向けて移動し、粒界に達する。そしてプラス
・チャージを持ったインタスティシャルZn原子はマイナ
ス・チャージを持った酸素原子と結合して中性のZnOと
なる。同時に粒界に捕獲されていたマイナス・チャージ
が減少するので、バリスタ特性をもたらせていたバリア
が低くなって非直線抵抗特性が低下する。さきにも述べ
たように焼結体に外部から電圧が印加されていない場合
においても、空乏層内では強い電界が働いており、空乏
層内のプラス・チャージを持ったインタスティシャルZn
原子は粒界に向けて引力を受けている。このような状況
において、素子が加熱されると、熱のため、インタステ
ィシャルZn原子は移動しやすくなり、電界によって一部
は粒界に向けて移動し、粒界でマイナス・チャージを持
った酸素原子と結合して中性のZnOを形成し、バリスタ
の非直線抵抗特性を低下させる。以上のように、ZnO結
晶の半導体化は、主として製造プロセスにおいて自然に
生ずるインタスティシャルZn原子によってもたらされ、
それ故に電気的不安定性を伴っていた。
More specifically, in ZnO particles generated at a high temperature in the atmosphere, interstitial Zn atoms are formed between ZnO crystal lattices, and the interstitial Zn atoms act as donors to supply electrons to the conduction band. Thus, zinc oxide is an n-type semiconductor. It is said that the concentration of interstitial Zn atoms in ZnO decreases as the oxygen partial pressure in the atmosphere increases, and increases as the atmosphere temperature increases. Such ZnO powder Bi 2 O 3, CoO, etc. was added MnO, when sintered at a high temperature atmosphere and pressure molding, ZnO varistors are obtained having a very high nonlinear resistance characteristics. At the grain boundaries of these sintered bodies, conduction electrons in ZnO on both sides of the grain boundaries are captured by the grain boundaries, so that a depletion layer is formed on both sides of the grain boundaries, preventing electron transfer on both sides of the grain boundaries A barrier is formed. A so-called double Schottky barrier is formed. n−
Since the main electric conduction of the type ZnO semiconductor is conduction electrons generated from interstitial Zn atoms, interstitial Zn atoms having positive charge remain in the depletion layer. Even when no voltage is applied to the sintered body from the outside, a strong electric field is acting in the depletion layer, and the positively charged interstitial Zn atoms in the depletion layer exert an attractive force toward the grain boundary. is recieving. When a voltage is externally applied to such a sintered body,
Since the voltage is applied only to the thin depletion layer, a larger electric field acts in one depletion layer, and the interstitial Zn atoms are relatively easy to move. Move and reach grain boundaries. Then, the positively charged interstitial Zn atoms combine with the negatively charged oxygen atoms to form neutral ZnO. At the same time, the negative charge trapped at the grain boundaries is reduced, so that the barrier that has provided the varistor characteristics is lowered, and the nonlinear resistance characteristics are reduced. As described above, even when a voltage is not externally applied to the sintered body, a strong electric field works in the depletion layer, and the interstitial Zn having a positive charge in the depletion layer.
The atoms are attracted to the grain boundaries. In such a situation, when the element is heated, the interstitial Zn atoms are likely to move due to the heat, and a part of the element moves toward the grain boundary due to the electric field, and has a negative charge at the grain boundary. Combines with oxygen atoms to form neutral ZnO, which reduces the nonlinear resistance characteristics of the varistor. As described above, the semiconductorization of ZnO crystal is mainly brought about by interstitial Zn atoms naturally occurring in the manufacturing process,
Therefore, it was accompanied by electrical instability.

【0012】一方において、ZnO結晶のn−型半導体化は
Al2O3の添加によっても実施された。特に高電流域にお
ける電流−電圧非直線抵抗性の向上を計るべくAl2O3
添加された。高電流域における電流−電圧非直線抵抗性
の向上はZnO粒子内の電気抵抗を下げることによって達
成できる。そして、ZnO粒子内の電気抵抗の低下はn−型
半導体ZnOのドナーとしてAl2O3をドープすることによっ
ておこなわれたのである。Al2O3が添加されると高電流
域における非直線抵抗特性が向上するが、同時に低電流
域における非直線抵抗特性が低下する。 Al2O3が添加
された場合においても、空乏層内のプラス・チャージを
持ったインタスティシャルZn原子が存在すると、事態は
Al2O3が添加されない場合と同じで、電圧印加の際や熱
処理の際にはバリアの低下をもたらし、濡れ電流が増大
する問題をかかえていた。上述したように電流値の増大
は発熱のため温度上昇をもたらし、温度上昇は非直線抵
抗特性を低下させてさらに電流を増し、ついにはバリス
タの暴走をひきおこす危険性があった。特に、電極焼き
付けや側面コートのために熱処理を施した際には低電流
域における非直線抵抗特性の低下が大きいという問題を
もっていた。 ZnOバリスタの焼結体に予め500℃〜600℃
の熱処理を施しておくと,AC印加に対する安定性が増す
ので、劣化対策としてこの方法が採用されてきてはいる
が、不安定性が充分になくなったとは言えない。 50
0〜600℃の熱処理を施すことによって劣化の原因であっ
た空乏層内のinterstitial Znイオンが減少し, その結
果, I−V特性の不安定性が緩和されるというのであ
るが、本質的な解決には至っていない。
On the other hand, the conversion of ZnO crystal into an n-type semiconductor is as follows.
It was also performed by the addition of Al 2 O 3 . In particular, Al 2 O 3 was added to improve the current-voltage nonlinear resistance in the high current region. Improvement of the current-voltage nonlinear resistance in the high current region can be achieved by lowering the electric resistance in the ZnO particles. The reduction of the electrical resistance in the ZnO particles was performed by doping Al 2 O 3 as a donor of the n − type semiconductor ZnO. When Al 2 O 3 is added, the nonlinear resistance characteristics in a high current region are improved, but at the same time, the nonlinear resistance characteristics in a low current region are reduced. Even when Al 2 O 3 is added, if there is a positively charged interstitial Zn atom in the depletion layer,
As in the case where Al 2 O 3 is not added, there is a problem that the barrier is lowered at the time of voltage application or heat treatment, and the wetting current is increased. As described above, an increase in the current value causes a rise in temperature due to heat generation, and the rise in temperature lowers the non-linear resistance characteristics, further increasing the current, and eventually causing a runaway of the varistor. In particular, when heat treatment is performed for electrode baking or side coating, there is a problem that the non-linear resistance characteristic in a low current region is greatly reduced. 500 ° C to 600 ° C beforehand on the sintered body of ZnO varistor
However, this method has been adopted as a measure against deterioration, but it cannot be said that the instability has been sufficiently eliminated. 50
By performing heat treatment at 0 to 600 ° C, interstitial Zn ions in the depletion layer, which caused the deterioration, are reduced, and as a result, the instability of the IV characteristics is reduced. Has not been reached.

【0013】電気的特性の不安定性の原因はインタース
ティシャルZnの移動にあるので、インタースティシャル
Znを少なくし、ドナーとして、Zn原子がくる格子点にAl
原子を置換して酸化亜鉛粒子内の電気伝導はAlドナーか
らの電子が受け持つようにする必要があった。インター
スティシャルZnを少なくする方法として酸化亜鉛を高い
温度で高い酸素分圧のなかに保持することが必要とかん
がえられる。その方法の一つとして高酸素圧下で酸化亜
鉛バリスタを焼結することが考えられるが、素子が大き
くなると効果的にインタースティシャルZnを少なくする
ことは困難である。
The instability of the electrical characteristics is caused by the movement of the interstitial Zn.
Al is added to the lattice point where Zn atoms come as a donor to reduce Zn.
It was necessary to replace the atoms so that the electrical conduction in the zinc oxide particles was covered by electrons from the Al donor. It seems necessary to maintain zinc oxide at high temperature and high oxygen partial pressure as a method of reducing interstitial Zn. As one of the methods, sintering a zinc oxide varistor under a high oxygen pressure can be considered, but it is difficult to effectively reduce interstitial Zn when the element becomes large.

【0014】そこで閉鎖された焼結体内で酸素を発生し
高酸素分圧を有する閉気孔の存在する中で酸化亜鉛バリ
スタを焼結するよう低温で濡れ性のよい液相が形成され
るようホウ素を含有する物質の添加が試みられた。その
結果、初期特性が優れているのみでなく、さらにAC、DC
印加および熱処理に対して安定な素子がえられた。 こ
れらの素子では、インタースティシャルZnを少なくする
こととその代わりに伝導電子を維持するために微量のア
ルミニウムを均質に酸化亜鉛粒子内にドープすることが
必要になった。これまでは酸化亜鉛混合粉体の成形前の
造粒の段階でアルミニウム塩の溶液を加えてアルミニウ
ムを均質に酸化亜鉛粒子内にドープすることが試みられ
ていた。 この方法にしたがうと実験室的には優れた特
性のものが得られるようになった。 しかるにこれらの
方法は量産的ではないという問題があった。安定して大
量に生産するのが困難であるという問題を有していた。
In order to sinter the zinc oxide varistor in the presence of closed pores having a high oxygen partial pressure, oxygen is generated in the closed sintered body, and boron is formed at a low temperature to form a wettable liquid phase. An attempt was made to add a substance containing. As a result, not only the initial characteristics are excellent, but also AC, DC
A device stable with respect to application and heat treatment was obtained. These devices required a small amount of aluminum to be uniformly doped into the zinc oxide particles to reduce interstitial Zn and instead maintain conduction electrons. Heretofore, attempts have been made to uniformly add aluminum to zinc oxide particles by adding a solution of an aluminum salt at the stage of granulation before forming the zinc oxide mixed powder. According to this method, excellent characteristics can be obtained in a laboratory. However, there is a problem that these methods are not mass-produced. There was a problem that it was difficult to stably mass-produce.

【0015】 本発明は、上記の問題を解決して、低温
度焼結で非直線抵抗特性などの電気特性および信頼性に
優れた酸化亜鉛バリスタを高歩留りで製造するための酸
化亜鉛磁器組成物とその製造方法および電気特性と信頼
性に優れた酸化亜鉛バリスタを提供することを目的とす
る。
The present invention solves the above problems and provides a zinc oxide porcelain composition for producing a zinc oxide varistor excellent in electrical characteristics such as non-linear resistance characteristics and reliability at low temperature sintering with high yield. And a method of manufacturing the same, and a zinc oxide varistor excellent in electrical characteristics and reliability.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、すなわち、効率よくアルミニウムを均質に酸化亜鉛
内に分布させて高性能で安定性の優れた素子を得るた
め、本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、酸化ホウ素(B
2O3)に酸化ビスマス(Bi2O3)または酸化アンチモン
(Sb2O3, 又はSb2O4, 又はSb2O5)または酸化亜鉛(Zn
O)のいずれか又はこれら二〜三者を加えた混合物に熱
処理を施して得た酸化ホウ素含有合成物と、酸化ビスマ
ス又は酸化ビスマス含有合成物と、酸化アンチモン(Sb
2O3, 又はSb2O4, 又はSb2O5)又は酸化アンチモン含有
合成物と、酸化クロム(Cr2O3)に酸化ホウ素または酸
化ビスマスまたは酸化アンチモンのいずれか又はこれら
二〜三者を加えた混合物に熱処理を施して得た酸化クロ
ム含有合成物と、少なくとも酸化コバルト(CoO, 又はC
o2O3、又はCo3O4)と酸化マンガン(MnO, 又はMnO2,
又はMn2O3、又はMn3O4)と酸化ニッケル(NiO)より選
ばれた二種または三種の鉄族酸化物と、少なくとも水酸
化アルミニウム(Al(OH) 3)と酸化アルミニウム水和物
(Al2O3・nH2O)とベーマイト(AlOOH)と超微粒アルミ
ナ(Al2O3)とアルミニウム塩とアルミニウム含有有機
化合物より選ばれたアルミニウム化合物を酸化亜鉛(Zn
O)に添加・混合し, 成形し、焼成してなるという構成
を備えたものである。
In order to achieve the above object,
In other words, efficient and homogeneous aluminum oxide zinc oxide
To obtain a high-performance and highly stable device.
Therefore, the zinc oxide porcelain composition of the present invention contains boron oxide (B
TwoOThree) To bismuth oxide (BiTwoOThree) Or antimony oxide
(SbTwoOThree, Or SbTwoOFour, Or SbTwoOFive) Or zinc oxide (Zn
O) or any mixture of these two or three
A boron oxide-containing composition obtained by the treatment and a bismuth oxide
Or bismuth oxide-containing compound and antimony oxide (Sb
TwoOThree, Or SbTwoOFour, Or SbTwoOFive) Or containing antimony oxide
Chromium oxide (CrTwoOThree) To boron oxide or acid
Either bismuth oxide or antimony oxide or these
Chromium oxide obtained by subjecting a mixture containing two or three
And at least cobalt oxide (CoO, or C
oTwoOThreeOr CoThreeOFour) And manganese oxide (MnO or MnO)Two,
Or MnTwoOThreeOr MnThreeOFour) And nickel oxide (NiO)
Two or three iron-group oxides and at least hydroxyl
Aluminum (Al (OH) Three) And aluminum oxide hydrate
(AlTwoOThree・ NHTwoO) and boehmite (AlOOH) and ultrafine aluminum
Na (AlTwoOThree) And aluminum salts and aluminum-containing organic
Aluminum oxide selected from zinc oxide (Zn oxide)
O), mixed, molded and fired
It is provided with.

【0017】 また前記目的を達成するため、本発明の
酸化亜鉛磁器組成物は、上記の酸化亜鉛磁器組成物にお
いて、少なくとも酸化コバルト(CoO, 又はCo2O3、又は
Co3O4)と,酸化マンガン(MnO, 又はMnO2, 又はMn
2O3、又はMn3O 4)と酸化ニッケル(NiO)より選ばれた
二種または三種の鉄族酸化物がこれらの鉄族酸化物うち
少なくとも一種以上が二価より大きい原子価をもつ鉄族
酸化物であるという構成を備えたものである。
In order to achieve the above object, the present invention
The zinc oxide porcelain composition is different from the zinc oxide porcelain composition described above.
And at least cobalt oxide (CoO or CoTwoOThreeOr
CoThreeOFour) And manganese oxide (MnO or MnOTwo, Or Mn
TwoOThreeOr MnThreeO Four) And nickel oxide (NiO)
Two or three iron group oxides are
Iron group with at least one valence greater than divalent
It has a structure of being an oxide.

【0018】 さらにまた、前記目的を達成するため、
本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、酸化亜鉛磁器組成物が
そのn型半導体酸化亜鉛粒子の電気伝導をもたらす酸化
亜鉛へのドナーが主としてアルミニウムよりなる酸化亜
鉛磁器組成物であるという構成を備えたものである。
Further, in order to achieve the above-mentioned object,
The zinc oxide porcelain composition of the present invention has a configuration in which the zinc oxide porcelain composition is a zinc oxide porcelain composition in which a donor to zinc oxide that provides electrical conductivity of the n-type semiconductor zinc oxide particles is mainly made of aluminum. Things.

【0019】 さらにまた、前記目的を達成するた
め、本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、酸化亜鉛磁器組成
物の中の閉気孔の中が大気中の酸素分圧より高い分圧の
酸素で占められた酸化亜鉛磁器組成物であるという構成
を備えたものである。
Furthermore, in order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition according to the present invention is characterized in that closed pores in the zinc oxide porcelain composition are occupied by oxygen having a partial pressure higher than the atmospheric oxygen partial pressure. Provided that the composition is a zinc oxide porcelain composition.

【0020】 次に、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、酸化ホウ素に酸化
ビスマスまたは酸化アンチモンまたは酸化亜鉛のいずれ
か又はこれら二〜三者を加えた混合物に熱処理を施して
酸化ホウ素含有合成物を作成する工程と、酸化クロムに
酸化ビスマスまたは酸化アンチモンまたは酸化ホウ素の
いずれか又はこれら二〜三者を加えた混合物に熱処理を
施して酸化クロム含有合成物を作成する工程と、少なく
とも酸化コバルトと,酸化マンガンと酸化ニッケルより
選ばれた二種または三種の鉄族酸化物と前記酸化ホウ素
含有合成物と前記酸化クロム含有合成物と酸化ビスマス
又は酸化ビスマス含有合成物と酸化アンチモンまたは酸
化アンチモン含有合成物と少なくとも水酸化アルミニウ
ムと酸化アルミニウム水和物とベーマイトと超微粒アル
ミナとアルミニウム塩とアルミニウム含有有機化合物よ
り選ばれたアルミニウム化合物を酸化亜鉛に添加・混合
して酸化亜鉛混合物を作成する工程と、前記酸化亜鉛混
合物から造粒処理を施して酸化亜鉛混合粉体を作成する
工程と, 前記酸化亜鉛混合粉体を成形して成形体を作
成する工程と, 前記成形体を焼成する工程を含有する
という構成を備えたものである。
Next, in order to achieve the above object, a method for producing a zinc oxide porcelain composition according to the present invention provides a method for producing a mixture of boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide, or zinc oxide, or a mixture of two or three of them. Heat-treating to produce a boron oxide-containing compound, and heat-treating a mixture of bismuth oxide, antimony oxide, or boron oxide, or a mixture of these two or three members to chromium oxide, to produce a chromium oxide-containing compound. And at least cobalt oxide, two or three iron group oxides selected from manganese oxide and nickel oxide, the boron oxide-containing composition, the chromium oxide-containing composition, and bismuth oxide or bismuth oxide-containing Compound and antimony oxide or compound containing antimony oxide and at least aluminum hydroxide and aluminum oxide A step of adding and mixing an aluminum compound selected from hydrate, boehmite, ultrafine alumina, aluminum salt, and an aluminum-containing organic compound to zinc oxide to form a zinc oxide mixture, and performing a granulation treatment from the zinc oxide mixture. And forming a zinc oxide mixed powder, forming the zinc oxide mixed powder to form a molded body, and firing the molded body.

【0021】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、成形体を焼成する
工程が成形体を800℃〜1100℃で焼成する工程であると
いう構成を備えたものである。
Further, in order to achieve the above object, the method for producing a zinc oxide porcelain composition of the present invention has a configuration in which the step of firing the molded body is a step of firing the molded body at 800 ° C. to 1100 ° C. It is a thing.

【0022】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛バリスタは、酸化ホウ素に酸化ビスマスまた
は酸化アンチモンまたは酸化亜鉛のいずれか又はこれら
二〜三者を加えた混合物に熱処理を施して得た酸化ホウ
素含有合成物と、酸化クロムに酸化ビスマスまたは酸化
アンチモンまたは酸化ホウ素のいずれか又はこれら二〜
三者を加えた混合物に熱処理を施して得た酸化クロム含
有合成物と、酸化ビスマス又は酸化ビスマス含有合成物
と、酸化アンチモン又は酸化アンチモン含有合成物と、
少なくとも酸化コバルトと,酸化マンガンと酸化ニッケ
ルより選ばれた二種または三種の鉄族酸化物と、少なく
とも水酸化アルミニウムと酸化アルミニウム水和物とベ
ーマイトと超微粒アルミナとアルミニウム塩とアルミニ
ウム含有有機化合物より選ばれたアルミニウム化合物を
酸化亜鉛に添加・混合し, 成形し、焼成してなる酸化
亜鉛磁器組成物に電極を形成してなるという構成を備え
たものである。
In order to achieve the above object, the zinc oxide varistor of the present invention is obtained by subjecting a mixture of boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide, or zinc oxide or a mixture of two or three of these to heat treatment. A boron oxide-containing composition, and either chromium oxide containing bismuth oxide, antimony oxide, or boron oxide, or a mixture thereof.
A chromium oxide-containing composition obtained by performing a heat treatment on the mixture obtained by adding the three components, bismuth oxide or a bismuth oxide-containing composition, and antimony oxide or an antimony oxide-containing composition,
At least cobalt oxide, two or three iron group oxides selected from manganese oxide and nickel oxide, and at least aluminum hydroxide, aluminum oxide hydrate, boehmite, ultrafine alumina, aluminum salt, and an aluminum-containing organic compound. It is provided with a configuration in which an electrode is formed on a zinc oxide porcelain composition obtained by adding and mixing a selected aluminum compound to zinc oxide, molding, and firing.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、
主成分のZnOの粉体に、焼結の調整および焼結後の焼結
体の電気特性向上のために各種の添加物を添加し、混合
し、混合物を成形し、成形体を焼成して得る。本発明は
かくして得る酸化亜鉛磁器組成物およびその製造方法と
酸化亜鉛磁器組成物に電極を施して得る酸化亜鉛バリス
タよりなる。図1は本発明の酸化亜鉛磁器組成物を用い
て作成されるディスクタイプの酸化亜鉛バリスタ10の
概略を斜視図で示したものである。上記のようにして得
た焼結体11の両面にアルミニウムを溶射することによ
って、アルミニウム層(図示せず)を形成し、次に、こ
の両面に形成されたアルミニウム層の上に銅を溶射する
ことによって電極12を形成している。電極12にハン
ダでリ−ド線13を付けた後、リ−ド線以外の成形体を
樹脂塗装することによって酸化亜鉛バリスタを得る。
図2は本発明の酸化亜鉛磁器組成物を用いて作成したア
レスタタイプの酸化亜鉛バリスタ20の概略斜視図であ
る。酸化亜鉛磁器21の上下両面にアルミニウム溶射に
よる電極22が形成されている。また、焼結体の側面に
はマイカと樹脂の混合物よりなるマイカ-樹脂膜23が
形成されている。本発明の酸化亜鉛磁器組成物では、焼
成過程における反応の優先順位を確保するため、予め添
加物の一部に混合および熱処理を施しておき、他の添加
物と共に酸化亜鉛に添加し成形し焼成する。また、本発
明の酸化亜鉛磁器組成物では、電気特性の劣化の原因と
成るインタスティシャルZnの形成を防ぎ、酸化亜鉛をn
型の半導体にするためのドナーは、もっぱらアルミニウ
ムがこれをはたす。低温でパイロクロア相の形成を防
ぎ、低温より酸化ビスマスを主成分とする液相の生成を
促進するため添加される酸化クロムは、先に酸化亜鉛と
反応してZnCr2O4を形成するのを防ぐため予め他の添加
物と共に熱処理を施しておいて添加することが望まし
い。本発明では、インタスティシャルZnの形成を防ぐた
め、焼結時には焼結体内部は酸素過剰の雰囲気を形成す
ることが必要となるが、これは分解および酸化亜鉛への
固溶によって酸素を発生する鉄族酸化物の添加によって
可能となる。そして、液相の形成で焼結体内部に酸素を
閉じ込める。最終的にはZnO-Sb2O5系のスピネルが形成
されるがそのためにもアンティモンはあらかじめ4-5価
にしておくことが望ましい。ドナーのアルミニウムは液
相にとけこむことを避けて直接酸化亜鉛に接触するよう
に添加することが望ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The zinc oxide porcelain composition of the present invention comprises:
Various additives are added to the main component ZnO powder for adjusting sintering and improving the electrical properties of the sintered body after sintering, mixing, molding the mixture, and firing the molded body. obtain. The present invention comprises a zinc oxide porcelain composition thus obtained, a method for producing the same, and a zinc oxide varistor obtained by applying an electrode to the zinc oxide porcelain composition. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a disk-type zinc oxide varistor 10 made using the zinc oxide porcelain composition of the present invention. Aluminum is sprayed on both surfaces of the sintered body 11 obtained as described above to form an aluminum layer (not shown), and then copper is sprayed on the aluminum layer formed on both surfaces. Thus, the electrode 12 is formed. After a lead wire 13 is attached to the electrode 12 with solder, a zinc oxide varistor is obtained by applying a resin coating to a molded body other than the lead wire.
FIG. 2 is a schematic perspective view of an arrester-type zinc oxide varistor 20 prepared using the zinc oxide porcelain composition of the present invention. Electrodes 22 are formed on both upper and lower surfaces of zinc oxide porcelain 21 by thermal spraying of aluminum. A mica-resin film 23 made of a mixture of mica and resin is formed on the side surface of the sintered body. In the zinc oxide porcelain composition of the present invention, in order to secure the priority of the reaction in the firing process, a part of the additives are mixed and heat-treated in advance, added to the zinc oxide together with the other additives, molded and fired. I do. Further, in the zinc oxide porcelain composition of the present invention, the formation of interstitial Zn, which causes the deterioration of electrical characteristics, is prevented, and the zinc oxide is reduced to n.
Aluminum is the sole donor for a type semiconductor. The chromium oxide added to prevent the formation of the pyrochlore phase at low temperatures and to promote the formation of a liquid phase containing bismuth oxide as the main component at low temperatures requires that chromium oxide reacts with zinc oxide first to form ZnCr 2 O 4. In order to prevent this, it is desirable to add heat treatment in advance together with other additives. In the present invention, in order to prevent the formation of interstitial Zn, it is necessary to form an oxygen-excess atmosphere inside the sintered body during sintering, but this generates oxygen by decomposition and solid solution in zinc oxide. This is made possible by the addition of an iron group oxide. Then, oxygen is confined inside the sintered body by forming a liquid phase. Ultimately, a ZnO-Sb 2 O 5 spinel is formed. For this purpose, it is preferable that antimony have 4 to 5 valence in advance. It is desirable that the donor aluminum is added so as to be directly in contact with zinc oxide while avoiding dissolution into the liquid phase.

【0024】 なお、この酸化亜鉛磁器組成物には950
℃以下の温度で焼結して優れた電気特性を有するものが
含まれているので、これら酸化亜鉛磁器組成物をシ−ト
状に成形し、電極材料と交互に積層し、焼結し、電極を
所定の接続方法でつなぐと、積層型のバリスタがえられ
る。その際、従来の積層型のバリスタでは、良特性のも
のを得ようとすると1200℃以上の焼成温度を必要とした
が、そのためには電極材料として白金などの貴金属を用
いる。しかるに、950℃以下の温度で焼結可能な酸化亜
鉛磁器組成物をもちいる場合、電極材料として比較的低
価格の銀を用いることが可能となる。かくして、本発明
の利点の一つは、バリスタの内部電極として、銀を一体
化焼成できることにある。
The zinc oxide porcelain composition contains 950
Since these materials include those having excellent electrical properties by sintering at a temperature of ≦ ° C. or less, these zinc oxide porcelain compositions are formed into sheets, alternately laminated with electrode materials, and sintered. When the electrodes are connected by a predetermined connection method, a laminated varistor is obtained. At that time, in the case of a conventional laminated varistor, a firing temperature of 1200 ° C. or more was required to obtain a good varistor. For this purpose, a noble metal such as platinum was used as an electrode material. However, when a zinc oxide porcelain composition that can be sintered at a temperature of 950 ° C. or less is used, it is possible to use relatively inexpensive silver as an electrode material. Thus, one of the advantages of the present invention is that silver can be integrally fired as the internal electrode of the varistor.

【0025】[0025]

【実施例】 以下実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。なお、下記の実施例において「重量」は、
「wt」と表示することがある。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. In the following examples, "weight" is
May be displayed as "wt".

【0026】(実施例 1)B2O3の粉末と、Sb2O3の粉末
(各粉末の粒径はそれぞれ、平均粒径が2〜3μm)をモ
ル比で 2:1なるように混合し、大気雰囲気下、370℃
で5時間の熱処理を施した後、安定化ジルコニアを玉石
とするモノマロンポットのボ−ルミルで微粉砕すること
によってB2O3とSb2O3の合成粉末(平均粒径約0.5〜1.5
μm)を得た。以下、B2O3と、Sb2O3によって調整される
合成粉末をB2O3/Sb2O3合成粉末と呼ぶ。かくして得たB
2O3/Sb2O3合成粉末はX線解析の結果、ほとんどが非晶
質となっていた。また、Bi2O3の粉末と、Cr2O3の粉末
(各粉末の粒径はそれぞれ、平均粒径が2〜3μm)をモ
ル比で 1:1なるように混合し、大気雰囲気下、500℃
で5時間の熱処理を施した後、安定化ジルコニアを玉石
とするモノマロンポットのボ−ルミルで微粉砕すること
によってBi2O3とCr2O3の合成粉末(平均粒径約0.5〜1.5
μm)を得た。以下、Bi2O3と、Cr2O3によって調整され
る合成粉末をBi2O3/Cr2O3合成粉末と呼ぶ。次に、Zn
O、前記B2O3/Sb2O3合成粉末、Bi2O3、前記Bi2O3/Cr2O
3合成粉末、Co3O4、MnO2、NiO, Sb2O4、AlOOHを、重量
比で81.38:0.6:2.33:1.2:0.954:0.414:0.383:1.
1:0.0024となるように配合し、湿式法で混合粉砕し
た。得られた配合粉末を乾燥し、ディスク状に加圧成形
した。次に、得られた成形体を大気中、昇温速度50℃
/時間で昇温し、高温でで10時間保持した後、降温速
度50℃/時間で降温して焼結体を得た。高温の保持温
度として、800、850、900、950、100
0、1100、1200℃を選んだ。焼結体の試料サイ
ズは厚さ1.2 mm,直径は14 mmであった。また、得られた
焼結体に700℃で保持時間が1時間の熱処理を施し
た。
Example 1 B 2 O 3 powder and Sb 2 O 3 powder (each powder has an average particle diameter of 2-3 μm) were mixed at a molar ratio of 2: 1. 370 ° C under air atmosphere
In after heat treatment for 5 hours, ball mono malonic pots stabilized zirconia and cobble - Synthesis powder B 2 O 3 and Sb 2 O 3 by milling in mill (average particle size of about 0.5 to 1.5
μm). Hereinafter, the synthetic powder adjusted by B 2 O 3 and Sb 2 O 3 is referred to as B 2 O 3 / Sb 2 O 3 synthetic powder. B thus obtained
Most of the 2 O 3 / Sb 2 O 3 synthetic powder was amorphous as a result of X-ray analysis. Further, Bi 2 O 3 powder and Cr 2 O 3 powder (each powder has an average particle diameter of 2 to 3 μm) were mixed at a molar ratio of 1: 1. 500 ℃
And then pulverized with a ball mill of a monomalon pot made of stabilized zirconia to obtain a synthetic powder of Bi 2 O 3 and Cr 2 O 3 (average particle size of about 0.5 to 1.5).
μm). Hereinafter, the synthetic powder adjusted by Bi 2 O 3 and Cr 2 O 3 is referred to as Bi 2 O 3 / Cr 2 O 3 synthetic powder. Next, Zn
O, wherein B 2 O 3 / Sb 2 O 3 synthetic powder, Bi 2 O 3, the Bi 2 O 3 / Cr 2 O
3 Synthetic powder, Co 3 O 4 , MnO 2 , NiO, Sb 2 O 4 , AlOOH, in a weight ratio of 81.38: 0.6: 2.33: 1.2: 0.954: 0.414: 0.383: 1.
1: 0.0024 and mixed and pulverized by a wet method. The obtained compounded powder was dried and pressed into a disk. Next, the obtained molded body was heated in the air at a temperature rising rate of 50 ° C.
/ Hour, and kept at a high temperature for 10 hours. Then, the temperature was lowered at a rate of 50 ° C./hour to obtain a sintered body. As the high holding temperature, 800, 850, 900, 950, 100
0, 1100, 1200 ° C were selected. The sample size of the sintered body was 1.2 mm in thickness and 14 mm in diameter. Further, the obtained sintered body was subjected to a heat treatment at 700 ° C. for a holding time of 1 hour.

【0027】 次に、図1を参照しながら酸化亜鉛バリ
スタの作成方法を説明する。図1は本発明の酸化亜鉛磁
器組成物を用いて作成したディスクタイプの酸化亜鉛バ
リスタ10の概略斜視図である。前記のようにして得た
焼結体11の両面にアルミニウムを溶射することによっ
て、アルミニウム層(図示せず)を形成し、次に、この
両面に形成されたアルミニウム層の上に銅を溶射するこ
とによって電極12を形成した。電極12にハンダでリ
−ド線13を付けた後、リ−ド線以外の成形体を樹脂塗
装することによって酸化亜鉛バリスタを得た。
Next, a method for manufacturing a zinc oxide varistor will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic perspective view of a disk-type zinc oxide varistor 10 made using the zinc oxide porcelain composition of the present invention. An aluminum layer (not shown) is formed by spraying aluminum on both surfaces of the sintered body 11 obtained as described above, and then copper is sprayed on the aluminum layer formed on both surfaces. Thus, the electrode 12 was formed. After a lead wire 13 was attached to the electrode 12 with solder, a molded body other than the lead wire was coated with a resin to obtain a zinc oxide varistor.

【0028】 このようにして得られた酸化亜鉛バリス
タの電気特性を評価した。初期の電気特性として、立ち
上がり電圧V1mA/mm (1mAの電流を流した時の両端子間
の1mm厚みに対する電圧)および非直線抵抗指数0.1mA
α1mA (V1mAとV0.1mAとを用いて求めた値)を測定した
(なお、以下の記載においては、非直線抵抗指数0.1mA
α1mAを単にα値と略称することがある)。非直線抵抗
指数が大きいほど、サ−ジ吸収能力が大きくなる。又、
直流負荷に対する信頼性を評価した。80℃の高温雰囲
気中で0.5ワットの直流負荷を500時間印加し、バリ
スタ立ち上がり電圧V1mAの変化率△V1mA/V1mA(直流負
荷変化率)を測定した。バリスタ立ち上がり電圧V1mA
変化率△V1mA/V1mAが小さいほど、酸化亜鉛バリスタの
電気特性が安定しており、信頼性が高いことを示してい
る。
The electrical characteristics of the zinc oxide varistor thus obtained were evaluated. The initial electrical characteristics include the rising voltage V 1mA / mm (voltage for 1mm thickness between both terminals when a current of 1mA flows) and non-linear resistance index 0.1mA
α 1 mA (value obtained using V 1 mA and V 0.1 mA ) was measured (in the following description, the nonlinear resistance index is 0.1 mA
α 1 mA is sometimes simply referred to as α value). The larger the nonlinear resistance index, the greater the surge absorption capacity. or,
The reliability to DC load was evaluated. A DC load of 0.5 watts was applied for 500 hours in a high-temperature atmosphere of 80 ° C., and the change rate of the varistor rise voltage V 1 mA ΔV 1 mA / V 1 mA (DC load change rate) was measured. The smaller the rate of change of the varistor rise voltage V 1mA △ V 1mA / V 1mA , the more stable the electrical characteristics of the zinc oxide varistor, indicating higher reliability.

【0029】さらに、サ−ジに対する信頼性を評価し
た。8× 20μsec, 1.5kAのパルスの10回印加に
よるバリスタ立ち上がり電圧V1mAの変化率△V1mA/V1mA
(サ−ジ変化率)を測定した。表1に試料の組成を、表
2に電気特性の評価結果を示す。サ−ジ変化率の値が小
さいほど、酸化亜鉛バリスタの電気特性が安定してお
り、信頼性が高いことを示している。いずれも変化率の
絶対値が5%以下の場合に信頼性が高いことを示してい
る。なお、電気特性の評価結果を示す数値は、ロット内
の最小値と最大値を示した。
Further, the reliability of the surge was evaluated. Variation rate of varistor rise voltage V 1mA by applying 10 pulses of 8 × 20μsec, 1.5kA △ V 1mA / V 1mA
(Surge change rate) was measured. Table 1 shows the composition of the sample, and Table 2 shows the evaluation results of the electrical characteristics. The smaller the value of the surge rate, the more stable the electrical characteristics of the zinc oxide varistor and the higher the reliability. In each case, the reliability is high when the absolute value of the change rate is 5% or less. The numerical values indicating the evaluation results of the electrical characteristics indicate the minimum value and the maximum value in the lot.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】 表1および表2より、本実施例の酸化亜
鉛磁器組成物を用いた酸化亜鉛バリスタは、800℃と
いう極めて低い温度でも焼結することができ、750℃
焼成の試料(試料番号#001)を除いて非直線抵抗特性
がよく、長時間の直流負荷に対してもまたサ−ジに対し
ても、立ち上がり電圧V1mAの変化率(△V1mA/V1mA)の
絶対値が5%以下で、信頼性が優れていた。また、表2
に示されているように、ロット内の電気特性のバラツキ
も小さかった。表2には示されていないが、本実施例の
酸化亜鉛磁器を用いて酸化亜鉛バリスタを作成すると、
ロット間の電気特性のバラツキも、ロット内の電気特性
のバラツキと同様に小さかった。なお、焼成温度が12
00℃をこえると、焼成の際に複数個の成形体を重ねて
焼成しているので、焼結体同士が融着し(試料がくっつ
き)、電気特性の測定ができなかった。(試料番号#00
8)。
According to Tables 1 and 2, the zinc oxide varistor using the zinc oxide porcelain composition of the present embodiment can be sintered even at an extremely low temperature of 800 ° C., and 750 ° C.
Except for the fired sample (Sample No. # 001), it has good non-linear resistance characteristics, and the rate of change of the rising voltage V1mA (△ V1mA / V) for both long-time DC load and surge. The absolute value of 1 mA ) was 5% or less, and the reliability was excellent. Table 2
As shown in Table 2, the variation in the electrical characteristics within the lot was small. Although not shown in Table 2, when a zinc oxide varistor is prepared using the zinc oxide porcelain of the present embodiment,
The variation in the electrical characteristics between lots was also small, as was the variation in the electrical characteristics within the lot. The firing temperature is 12
When the temperature exceeds 00 ° C., a plurality of compacts are stacked and fired during firing, so that the sintered bodies are fused together (the samples stick together), and the electrical characteristics cannot be measured. (Sample # 00
8).

【0033】(実施例 2) モル比でB2O3の粉末とBi2O3
の粉末を2:1, Bi2O3の粉末 とSb2O3の粉末を 7:3, そ
うして Cr2O3の粉末とSb2O3の粉末を 1:1となるよう
に混合した。これらの混合粉を大気雰囲気下、それぞれ
に 410℃で5時間, 550℃で5時間, および500℃で5
時間の熱処理を施した後、安定化ジルコニアを玉石とす
るモノマロンポットのボ−ルミルで微粉砕することによ
ってB2O3とBi2O3よりなるB2O3/Bi2O3合成粉末, Bi2O3
とSb2O3よりなるBi2O3/Sb2O3合成粉末、Cr2O3とSb2O3
よりなるCr2O3/Sb2O3合成粉末を得た。
Example 2 B 2 O 3 powder and Bi 2 O 3 in molar ratio
2: 1 powder, Bi 2 O 3 powder and Sb 2 O 3 powder 7: 3, and then Cr 2 O 3 powder and Sb 2 O 3 powder 1: 1 did. These mixed powders were mixed in air at 410 ° C for 5 hours, 550 ° C for 5 hours, and 500 ° C for 5 hours, respectively.
After heat treatment time, volume of mono-malonic pots stabilized zirconia and cobble - consisting of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 by milling in mill B 2 O 3 / Bi 2 O 3 synthetic powder , Bi 2 O 3
And consisting of Sb 2 O 3 Bi 2 O 3 / Sb 2 O 3 synthetic powder, Cr 2 O 3 and Sb 2 O 3
Cr 2 O 3 / Sb 2 O 3 synthetic powder consisting of

【0034】ZnO粉末と、前記B2O3 /Bi2O3 合成粉末
と、前記Bi2O3/Sb2O3粉末と, 前記Cr2O3/Sb2O3粉末
と、Co3O4粉末と、MnO2 粉末と、NiO粉末と、Al(NO3)3
・9H2O 粉末とを重量比で81.38:1.2:3.4:0.8:0.95
4:0.414:0.383:0.015となるように配合し、湿式法で
18時間混合粉砕し, スプレイドライアーによって酸化
亜鉛混合粉末を得た。 かくして得た酸化亜鉛混合粉末
を用いてアレスタを作成した。 表3に試料の組成をを
示す。
ZnO powder, the B 2 O 3 / Bi 2 O 3 synthetic powder, the Bi 2 O 3 / Sb 2 O 3 powder, the Cr 2 O 3 / Sb 2 O 3 powder, and the Co 3 O 4 powder, MnO 2 powder, NiO powder, and Al (NO 3 ) 3
· 9H 2 O powder and in a weight ratio of 81.38: 1.2: 3.4: 0.8: 0.95
4: 0.414: 0.383: 0.015, and mixed and pulverized for 18 hours by a wet method, and a zinc oxide mixed powder was obtained by a spray dryer. An arrester was prepared using the zinc oxide mixed powder thus obtained. Table 3 shows the composition of the sample.

【0035】[0035]

【表3】 [Table 3]

【0036】スプレイドライアーによって得られた酸化
亜鉛混合粉末をRIP (Rubber Isostatic Press, ゴム
等方圧プレス)法で柱状に成形し、900℃にて10時間の焼
成を行って柱状の酸化亜鉛磁器を得た。得られた酸化亜
鉛磁器のサイズは直径32mmで高さ27mmであった。酸化亜
鉛磁器の上下両面にアルミニウム金属を溶射して電極を
形成し、側面にマイカ-樹脂のコーティングを施してア
レスタタイプの酸化亜鉛バリスタを得た。 V1mA = 6
kVであった。 図2は本発明の酸化亜鉛磁器組成物を用
いて作成したアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタ20の
概略斜視図である。酸化亜鉛磁器21の上下両面にアル
ミニウム溶射による電極22が形成されている。また、
焼結体の側面にはマイカと樹脂の混合物よりなるマイカ
-樹脂膜23が形成されている。 表4にアレスタタイプ
の酸化亜鉛バリスタの電流−電圧特性を示す。
The zinc oxide mixed powder obtained by the spray dryer is formed into a column by a RIP (Rubber Isostatic Press, rubber isostatic press) method, and calcined at 900 ° C. for 10 hours to form a columnar zinc oxide porcelain. Obtained. The size of the obtained zinc oxide porcelain was 32 mm in diameter and 27 mm in height. Electrodes were formed by spraying aluminum metal on the upper and lower surfaces of the zinc oxide porcelain, and the mica-resin coating was applied to the side surfaces to obtain an arrester-type zinc oxide varistor. V 1mA = 6
kV. FIG. 2 is a schematic perspective view of an arrester-type zinc oxide varistor 20 prepared using the zinc oxide porcelain composition of the present invention. Electrodes 22 are formed on both upper and lower surfaces of zinc oxide porcelain 21 by thermal spraying of aluminum. Also,
Mica made of a mixture of mica and resin is on the side of the sintered body
-The resin film 23 is formed. Table 4 shows the current-voltage characteristics of the arrester type zinc oxide varistor.

【0037】[0037]

【表4】 [Table 4]

【0038】表4にみるように、本実施例の組成の酸化
亜鉛磁器を用いたアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタに
おいて高電流域においても非直線抵抗特性が優れている
ことがわかる。つぎに交流課電の加速試験を行って課電
寿命を予測した。課電寿命はアレスタの最も重要な評価
項目の一つである。ここでは周囲温度130℃で課電率
95%の条件で試験を行った。その結果、1mAの初期I
rは100時間以上の試験に対してほとんど変化せず、
ギャップレスのアレスタとして使用した場合、周囲温度
70℃で課電率80%の条件のもとでは、100年以上
の寿命が保障されるという結果を得た。
As can be seen from Table 4, the arrester type zinc oxide varistor using the zinc oxide porcelain of the composition of the present embodiment has excellent non-linear resistance characteristics even in a high current region. Next, an acceleration test of AC power application was performed to predict the service life. The service life is one of the most important evaluation items of the arrester. Here, the test was performed under the conditions of an ambient temperature of 130 ° C. and a charge rate of 95%. As a result, the initial I of 1 mA
r hardly changes for tests over 100 hours,
When used as a gapless arrester, a life of 100 years or more was obtained under the conditions of an ambient temperature of 70 ° C. and a charge rate of 80%.

【0039】(実施例 3)B2O3の粉末とCr2O3の粉末を
モル比で1:1になるように混合し,これらの混合粉を大気
雰囲気下で380℃で5時間の熱処理を施した後、安定化
ジルコニアを玉石とするモノマロンポットのボ−ルミル
で微粉砕することによってB2O3とCr2O3よりなるB2O3/C
r2O3合成粉末を得た。つぎに, Sb2O3の粉末とZnOの粉末
をモル比で1:1になるように混合し, この混合粉を大
気雰囲気下で500℃で5時間の熱処理を施した後、安定
化ジルコニアを玉石とするモノマロンポットのボ−ルミ
ルで微粉砕することによってSb2O3とZnOよりなるSb2O3
/ZnO合成粉末を得た。 次に、実施例1と類似の方法
で試料を作成した。
Example 3 B 2 O 3 powder and Cr 2 O 3 powder were mixed at a molar ratio of 1: 1, and these mixed powders were mixed at 380 ° C. for 5 hours in an air atmosphere. after heat treatment, ball mono malonic pots stabilized zirconia and cobble - consisting of B 2 O 3 and Cr 2 O 3 by milling in mill B 2 O 3 / C
r 2 O 3 synthetic powder was obtained. Next, a powder of Sb 2 O 3 and a powder of ZnO were mixed at a molar ratio of 1: 1. The mixed powder was subjected to a heat treatment at 500 ° C. for 5 hours in an air atmosphere, and then stabilized zirconia. Sb 2 O 3 consisting of Sb 2 O 3 and ZnO by finely pulverizing with a ball mill
/ ZnO synthetic powder was obtained. Next, a sample was prepared in the same manner as in Example 1.

【0040】ZnO粉末と、前記B2O3/Cr2O3粉末と、Bi2O
3粉末と、Co3O4粉末と、MnO2 粉末と、NiO粉末と, 前記
Sb2O3/ZnO 合成粉末と、 水酸化酢酸アルミニウム と
を重量比で81.38:1.1:2.33:0.954:0.414:0.383:
1.5:0.0065となるように配合し、湿式法で18時間混合
粉砕した。 つづいて乾燥・造粒し、成形・焼成し、実
施例1と類似の方法で酸化亜鉛バリスタを得た。 表5
に試料の組成を、表6に電気特性の評価結果を示す。
The ZnO powder, the B 2 O 3 / Cr 2 O 3 powder, and the Bi 2 O
3 powder, Co 3 O 4 powder, MnO 2 powder, NiO powder,
Sb 2 O 3 / ZnO synthetic powder and aluminum hydroxide acetate in a weight ratio of 81.38: 1.1: 2.33: 0.954: 0.414: 0.383:
It was blended so that the ratio became 1.5: 0.0065 and mixed and pulverized for 18 hours by a wet method. Subsequently, the mixture was dried, granulated, molded and fired, and a zinc oxide varistor was obtained in the same manner as in Example 1. Table 5
Shows the composition of the sample, and Table 6 shows the evaluation results of the electrical characteristics.

【0041】[0041]

【表5】 [Table 5]

【0042】[0042]

【表6】 [Table 6]

【0043】表5および表6より、本実施例の酸化亜鉛
系磁器を用いた酸化亜鉛バリスタは、800℃で焼成され
た参考試料(試料番号♯201)及び1200℃で焼成された
参考試料(試料番号♯207)を除いて非直線抵抗特性が
よく、長時間の直流負荷に対してもまたサージに対して
も、立ち上がり電圧V1mA の変化率(△V1mA / V1mA
の絶対値が5%以下で、信頼性が優れていた。 試料番
号#207の参考試料は磁器と磁器とが互いにくっつきあ
って離れぬものが多かった。
As can be seen from Tables 5 and 6, the zinc oxide varistor using the zinc oxide-based porcelain of the present embodiment is a reference sample fired at 800 ° C. (sample No. # 201) and a reference sample fired at 1200 ° C. Except for sample number ♯207), the nonlinear resistance characteristics are good, and the rate of change of the rising voltage V 1mA (△ V 1mA / V 1mA ) both for long-term DC load and for surge
Was 5% or less, and the reliability was excellent. In many of the reference samples of sample No. # 207, the porcelain and the porcelain adhered to each other and were not separated.

【0044】[0044]

【発明の効果】 以上実施例をあげて説明したように、
本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、不安定性の原因である
インタスティシャルZnの生成を抑制し、その代わりにド
ナーとしてアルミニウムが添加された安定性の優れたn
型酸化亜鉛を構成物質として形成されているので、バリ
スタに作成したとき低電流域から高電流域まで非直線抵
抗特性などの電気特性が優れ、またインタスティシャル
Znの移動が抑制されて直流および交流の電圧印加並びに
熱に対し極めて安定性にすぐれている。また本発明は、
上記酸化亜鉛バリスタ用酸化亜鉛磁器組成物を高い歩留
りで製造する方法を提供するものであり、工業的に微量
のアルミニウムを均一に焼結体内の酸化亜鉛粒子内に分
布させるのに優れている。その焼結体を製造する場合、
焼結過程の初期において発生する素子にとって有害な還
元性ガスなどを追放した後、濡れ性に優れたホウ素化合
物などが液相を形成して開気孔を少なくし、高酸素分圧
の酸素をもった閉気孔を形成した状態で収縮をともなっ
て焼結する。高酸素分圧の酸素が酸化亜鉛粒子内のイン
タスティシャルZnを少なくするものと考えられている。
焼成温度を800℃まで低くしても、均一に焼結し、バリ
スタにとって重要な粒径を均一に成長させることが可能
である。又、焼結温度を低くしても、高電流パルスにも
十分耐えることができ、高性能をもちつづけることがで
きる。
As described above with reference to the embodiments,
The zinc oxide porcelain composition of the present invention suppresses the generation of interstitial Zn, which is a cause of instability, and has an excellent stability in which aluminum is added as a donor instead.
Since it is made of zinc oxide as a constituent material, when it is made into a varistor, it has excellent electrical characteristics such as non-linear resistance characteristics from low current range to high current range, and interstitial
The movement of Zn is suppressed, and it is extremely stable against DC and AC voltage application and heat. Also, the present invention
An object of the present invention is to provide a method for producing the zinc oxide porcelain composition for a zinc oxide varistor at a high yield, and is excellent in industrially distributing a trace amount of aluminum uniformly in zinc oxide particles in a sintered body. When manufacturing the sintered body,
After expelling the reducing gas generated in the early stage of the sintering process, which is harmful to the device, a boron compound with excellent wettability forms a liquid phase to reduce open pores and contain oxygen at a high oxygen partial pressure. Sintered with shrinkage in a state where closed pores are formed. It is believed that high oxygen partial pressure oxygen reduces interstitial Zn in zinc oxide particles.
Even if the firing temperature is lowered to 800 ° C., it is possible to uniformly sinter and grow the grain size important for the varistor uniformly. Further, even if the sintering temperature is lowered, it can withstand a high current pulse sufficiently and keep high performance.

【0045】また、本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、低
温度で焼結できるので、焼結の際の電力消費を少なくす
ることが可能となり、同時に焼結に用いる電気炉の炉材
や容器の消耗を少なくすることができ、省エネルギ−や
省資源に大きく寄与することができる。さらにまた、本
発明の酸化亜鉛磁器組成物には、銀の融解温度よりも低
い温度でも焼結するものがあり、これらの磁器内部に焼
成の際に同時に銀電極を形成することが可能となった。
その結果、銀の内部電極をもった、高性能の積層型の酸
化亜鉛バリスタを製造できるようになった。なお、実施
例では、800〜1200℃の焼成のデ−タを示した
が、添加物の種類や 量を調整することにより、750
℃まで焼成温度を下げても、良特性のバリスタが得られ
ることが、あきらかとなった。なお、従来のアレスタに
おいては、交流課電に耐えるためにはインタスティシャ
ルZnの悪影響を弱めるため焼成のあとで500℃〜600℃の
熱処理を必要としたが、実施例では、熱処理が不必要で
あることをしめしている。
Further, since the zinc oxide porcelain composition of the present invention can be sintered at a low temperature, it is possible to reduce the power consumption during sintering, and at the same time, the furnace material and container of an electric furnace used for sintering. Consumption can be reduced, which can greatly contribute to energy saving and resource saving. Furthermore, some of the zinc oxide porcelain compositions of the present invention sinter even at a temperature lower than the melting temperature of silver, and it becomes possible to form a silver electrode inside these porcelains simultaneously with firing. Was.
As a result, a high-performance laminated zinc oxide varistor having a silver internal electrode can be manufactured. In the examples, although the data of firing at 800 to 1200 ° C. is shown, by adjusting the type and amount of the additive, 750 is obtained.
It became clear that a varistor with good characteristics could be obtained even when the firing temperature was lowered to ℃. In the conventional arrester, a heat treatment at 500 ° C. to 600 ° C. was required after baking to reduce the adverse effect of interstitial Zn in order to withstand the AC voltage application. It is shown that it is.

【0046】なお主として粒成長の調整や信頼性向上な
どのため添加物として、さらに、酸化ゲルマニウム(Ge
O2)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ニオブ(Nb
2O5)、酸化鉛(PbO)、酸化けい素(SiO2)、酸化錫
(SnO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化チタン(Ti
O2)、酸化タングステン(WO3)、および希土類酸化物
あるいはこれらを含有する合成物などが加えられること
がある。
Further, germanium oxide (Ge) is mainly used as an additive mainly for controlling grain growth and improving reliability.
O 2 ), magnesium oxide (MgO), niobium oxide (Nb
2 O 5 ), lead oxide (PbO), silicon oxide (SiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), titanium oxide (Ti
O 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), and rare earth oxides or composites containing these may be added.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1の酸化亜鉛磁器組成物を用い
て作成したディスクタイプの酸化亜鉛バリスタの概略斜
視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a disk-type zinc oxide varistor prepared using the zinc oxide porcelain composition of Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例2の酸化亜鉛磁器組成物を用い
て作成したアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタの概略斜
視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view of an arrester-type zinc oxide varistor made using the zinc oxide porcelain composition of Example 2 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ディスクタイプの酸化亜鉛バリスタ 11 酸化亜鉛焼結体 12 電極 13 リ−ド線 20 アレスタタイプの酸化亜鉛バリスタ 21 酸化亜鉛焼結体 22 電極 23 側面コート膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Disc type zinc oxide varistor 11 Zinc oxide sintered body 12 Electrode 13 Lead wire 20 Arrester type zinc oxide varistor 21 Zinc oxide sintered body 22 Electrode 23 Side coat film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 敬 大阪府和泉市あゆみ野2丁目7番1号大阪 府立産業技術総合研究所内 Fターム(参考) 4G030 AA22 AA25 AA28 AA29 AA32 AA35 AA36 AA42 AA43 BA02 BA04 GA09 5E034 CA09 CB01 CC02 DA03 DA05 DC03 DE01 DE05 DE07 DE08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Miyamoto 2-7-1, Ayumino, Izumi-shi, Osaka F-term in Osaka Prefectural Industrial Technology Research Institute (reference) 4G030 AA22 AA25 AA28 AA29 AA32 AA35 AA36 AA42 AA43 BA02 BA04 GA09 5E034 CA09 CB01 CC02 DA03 DA05 DC03 DE01 DE05 DE07 DE08

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸化ホウ素(B2O3)に酸化ビスマス(Bi2O
3)または酸化アンチモン(Sb2O3)または酸化亜鉛(Zn
O)のいずれか又はこれら二〜三者を加えた混合物に熱
処理を施して得た酸化ホウ素含有合成物と、酸化ビスマ
ス又は酸化ビスマス含有合成物と、酸化アンチモン(Sb
2O3, 又はSb2O4, 又はSb2O5)又は酸化アンチモン含有
合成物と、酸化クロム(Cr2O3)に酸化ホウ素または酸
化ビスマスまたは酸化アンチモンのいずれか又はこれら
二〜三者を加えた混合物に熱処理を施して得た酸化クロ
ム含有合成物と、少なくとも酸化コバルト(CoO, 又はC
o2O3、又はCo3O4)と,酸化マンガン(MnO,又はMnO2,
又はMn2O3、又はMn3O4)と酸化ニッケル(NiO)より選
ばれた二種または三種の鉄族酸化物と、少なくとも水酸
化アルミニウム(Al(OH)3)と酸化アルミニウム水和物
(Al2O3・nH2O)とベーマイト(AlOOH)と超微粒アルミ
ナ(Al2O3)とアルミニウム塩とアルミニウム含有有機
化合物より選ばれたアルミニウム化合物を酸化亜鉛(Zn
O)に添加・混合し,成形し、焼成してなる酸化亜鉛磁器
組成物。
(1) Bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) is added to boron oxide (B 2 O 3 ).
3 ) or antimony oxide (Sb 2 O 3 ) or zinc oxide (Zn
O) or a mixture obtained by heat-treating a mixture of these two or three, a boron oxide-containing composition, bismuth oxide or a bismuth oxide-containing composition, and antimony oxide (Sb
2 O 3 , or Sb 2 O 4 , or Sb 2 O 5 ) or a compound containing antimony oxide, and either chromium oxide (Cr 2 O 3 ), boron oxide, bismuth oxide, or antimony oxide, or a few of them Chromium oxide-containing composite obtained by subjecting the mixture to which heat is added to heat treatment, and at least cobalt oxide (CoO, or C
o 2 O 3 or Co 3 O 4 ) and manganese oxide (MnO or MnO 2 ,
Or Mn 2 O 3 or Mn 3 O 4 ) and two or three iron group oxides selected from nickel oxide (NiO), and at least aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) and aluminum oxide hydrate (Al 2 O 3 .nH 2 O), boehmite (AlOOH), ultrafine alumina (Al 2 O 3 ), aluminum salt and aluminum-containing organic compound are converted to zinc oxide (Zn oxide)
A zinc oxide porcelain composition which is added to O), mixed, molded and fired.
【請求項2】少なくとも酸化コバルト(CoO, 又はCo
2O3、又はCo3O4)と,酸化マンガン(MnO, 又はMnO2,
又はMn2O3、又はMn3O4)と酸化ニッケル(NiO)より選
ばれた二種または三種の鉄族酸化物がその鉄族酸化物の
うち少なくとも一種以上が二価より大きい原子価をもつ
鉄族酸化物であることを特徴とする請求項1に記載され
た酸化亜鉛磁器組成物。
2. At least cobalt oxide (CoO or Co
2 O 3 or Co 3 O 4 ) and manganese oxide (MnO, or MnO 2 ,
Or Mn 2 O 3 , or Mn 3 O 4 ) and nickel oxide (NiO), wherein at least one of the iron group oxides has a valence greater than divalent. 2. The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein the zinc oxide porcelain composition is an iron group oxide.
【請求項3】酸化亜鉛磁器組成物がそのn型半導体酸化
亜鉛粒子の電気伝導をもたらす酸化亜鉛へのドナーが主
としてアルミニウムよりなる酸化亜鉛磁器組成物である
ことを特徴とする請求項1に記載された酸化亜鉛磁器組
成物。
3. The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein the zinc oxide porcelain composition is a zinc oxide porcelain composition in which the donor to zinc oxide for providing electrical conductivity of the n-type semiconductor zinc oxide particles is mainly aluminum. Zinc oxide porcelain composition.
【請求項4】酸化亜鉛磁器組成物がその中の閉気孔の中
が大気中の酸素分圧より高い分圧の酸素で占められてい
る酸化亜鉛磁器組成物よりなることを特徴とする請求項
1に記載された酸化亜鉛磁器組成物。
4. The zinc oxide porcelain composition wherein the closed pores therein are occupied by oxygen at a partial pressure higher than the atmospheric oxygen partial pressure. 2. The zinc oxide porcelain composition according to 1.
【請求項5】酸化ホウ素に酸化ビスマスまたは酸化アン
チモンまたは酸化亜鉛のいずれか又はこれら二〜三者を
加えた混合物に熱処理を施して得る酸化ホウ素含有合成
物を作成する工程と、酸化クロムに酸化ビスマスまたは
酸化アンチモンまたは酸化ホウ素のいずれか又はこれら
二〜三者を加えた混合物に熱処理を施して得る酸化クロ
ム含有合成物を作成する工程と、少なくとも酸化コバル
トと,酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物と前記酸化ホウ素含有合成物と前
記酸化クロム含有合成物と酸化ビスマス又は酸化ビスマ
ス含有合成物と酸化アンチモンまたは酸化アンチモン含
有合成物と少なくとも水酸化アルミニウムと酸化アルミ
ニウム水和物とベーマイトおよび超微粒アルミナとアル
ミニウム塩とアルミニウム含有有機化合物より選ばれた
アルミニウム化合物を酸化亜鉛に添加・混合して酸化亜
鉛混合物を作成する工程と、前記酸化亜鉛混合物から造
粒処理を施して酸化亜鉛混合粉体を作成する工程と,
前記酸化亜鉛混合粉体を成形して成形体を作成する工程
と, 前記成形体を焼成する工程を含有する酸化亜鉛磁
器組成物の製造方法。
5. A process for preparing a boron oxide-containing compound obtained by subjecting a mixture of boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide, or zinc oxide or a mixture of two or three of them to a heat treatment, and oxidizing the chromium oxide. A step of preparing a chromium oxide-containing compound obtained by subjecting any one of bismuth, antimony oxide, and boron oxide or a mixture of these two or three to a heat treatment, and at least cobalt oxide, manganese oxide, and nickel oxide. Two or three iron group oxides, the boron oxide-containing composition, the chromium oxide-containing composition, bismuth oxide or bismuth oxide-containing composition, antimony oxide or antimony oxide-containing composition, and at least aluminum hydroxide and aluminum oxide Hydrate and boehmite and ultrafine alumina, aluminum salt and aluminum A step of preparing a zinc oxide mixture by adding and mixing an aluminum compound selected from an ammonium-containing organic compound to zinc oxide, and a step of forming a zinc oxide mixed powder by subjecting the zinc oxide mixture to a granulation treatment,
A method for producing a zinc oxide porcelain composition, comprising a step of forming a molded body by molding the zinc oxide mixed powder, and a step of firing the molded body.
【請求項6】成形体を焼成する工程が成形体を800℃〜1
100℃で焼成する工程であることを特徴とする請求項5
に記載された酸化亜鉛磁器組成物の製造方法。
6. The step of firing the molded body is performed at a temperature of 800 ° C. to 1 ° C.
The step of firing at 100 ° C.
The method for producing a zinc oxide porcelain composition described in 1 above.
【請求項7】酸化ホウ素に酸化ビスマスまたは酸化アン
チモンまたは酸化亜鉛のいずれか又はこれら二〜三者を
加えた混合物に熱処理を施して得た酸化ホウ素含有合成
物と、酸化クロムに酸化ビスマスまたは酸化アンチモン
または酸化ホウ素のいずれか又はこれら二〜三者を加え
た混合物に熱処理を施して得た酸化クロム含有合成物
と、酸化ビスマス又は酸化ビスマス含有合成物と、酸化
アンチモン又は酸化アンチモン含有合成物と、少なくと
も酸化コバルトと,酸化マンガンと酸化ニッケルより選
ばれた二種または三種の鉄族酸化物と、少なくとも水酸
化アルミニウムと酸化アルミニウム水和物とベーマイト
と超微粒アルミナとアルミニウム塩とアルミニウム含有
有機化合物より選ばれたアルミニウム化合物を酸化亜鉛
に添加・混合し, 成形し、焼成してなる酸化亜鉛磁器
組成物に電極を形成してなる酸化亜鉛バリスタ。
7. A boron oxide-containing composition obtained by subjecting a mixture of boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide, or zinc oxide or a mixture of two or three of them to heat treatment, and chromium oxide to bismuth oxide or oxidized oxide. A chromium oxide-containing composition obtained by subjecting any one of antimony or boron oxide or a mixture of the two or three to a heat treatment, bismuth oxide or a bismuth oxide-containing composition, and antimony oxide or an antimony oxide-containing composition; , At least cobalt oxide, two or three iron group oxides selected from manganese oxide and nickel oxide, at least aluminum hydroxide, aluminum oxide hydrate, boehmite, ultrafine alumina, aluminum salt, and an aluminum-containing organic compound. Add aluminum compound selected from zinc oxide to zinc oxide, mix and mold Zinc oxide varistor obtained by forming electrodes on made by sintering zinc oxide ceramic composition.
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WO2023273901A1 (en) * 2021-06-29 2023-01-05 西安西电避雷器有限责任公司 Non-linear metal oxide rod-shaped resistor and preparation method therefor

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