JPS59106103A - Oxidized zinc nonlinear resistor - Google Patents

Oxidized zinc nonlinear resistor

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JPS59106103A
JPS59106103A JP57216574A JP21657482A JPS59106103A JP S59106103 A JPS59106103 A JP S59106103A JP 57216574 A JP57216574 A JP 57216574A JP 21657482 A JP21657482 A JP 21657482A JP S59106103 A JPS59106103 A JP S59106103A
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JP
Japan
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oxide
zinc oxide
bismuth
added
nonlinear resistor
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Application number
JP57216574A
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Japanese (ja)
Inventor
雅子 岡本
渡辺 三鈴
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸化亜鉛ZnOを主成分とする非直線抵抗体に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a nonlinear resistor containing zinc oxide ZnO as a main component.

酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体素子(以下ZnO
素子と略称)は、優れた非直線性を示すため、過電圧耐
量の小さい例えはターイオード、トランジスターやサイ
リスター等の半導体素子用および電気機器のサージ・ア
ブソーバ−として用いられている。
A nonlinear resistor element whose main component is zinc oxide (hereinafter referred to as ZnO
Because they exhibit excellent nonlinearity, they are used for semiconductor devices such as diodes, transistors, and thyristors, and as surge absorbers for electrical equipment.

一般にこの種のZnO素子は、主成分としての酸は、液
相焼結によって焼結性の良好なZnO素子をビスマスの
他、酸化ビスマスの前記機能を助長する酸化モリブデン
、酸化コバ及l−。酸化ニッケル。
In general, this type of ZnO element uses an acid as a main component to produce a ZnO element with good sinterability by liquid phase sintering, as well as bismuth, molybdenum oxide, cobalt oxide, and l-, which promote the above-mentioned functions of bismuth oxide. Nickel oxide.

酸化チタン(夫々0.1モルチ以上)等の少なくともひ
とつから成っている。第1図は焼成して得られたZnO
素子の微細構造を示したもので、Aは酸化亜鉛の結晶粒
で、各酸化亜鉛の結晶粒界には酸化ビスマスを主成分と
した薄い絶縁結晶層Bが生成されている。
It is made of at least one material such as titanium oxide (0.1 mole or more each). Figure 1 shows ZnO obtained by firing.
The microstructure of the device is shown in which A is a zinc oxide crystal grain, and a thin insulating crystal layer B containing bismuth oxide as a main component is formed at each zinc oxide grain boundary.

ところで、B i 203 (riZn Oに比較して
低融点であること力・ら、液相焼結によってZnO粒子
の結晶成長を促進するために添加されるものであるが、
従来はこの機能を発揮させるために、Bi2O3の量を
全成分の0.1 rn、oβチ以上(重量比にして0.
67%以上)好ましくは数フル01チ以上と多量に用い
ていた。このためZnO素子製造のための原料効率が悪
くなっていると共に、酸化ビスマスは、多形で低温(4
00”0〜650°C)の処理によっても結晶系が変化
することに伴って、ZnO素子の電気特性が変動し、し
かも熱的にも安定した特性が得に〈〈なっている。才だ
酸化ビスマスは、揮発性が高く、その蒸気を作業者が吸
い込むと人体に悪影響を及ぼすため、その使用は、少量
であることが望ましい。このため、酸化ビスマスの代わ
りにガラスフリットが使用される場合もあるが、しかし
焼成時において酸化亜鉛の結晶成長が不十分で、且つ粒
界層の形成も不完全となって、酸化ビスマス使用のもの
より非直線性が劣る欠点があった。
By the way, B i 203 (which has a lower melting point than riZnO) is added to promote crystal growth of ZnO particles by liquid phase sintering.
Conventionally, in order to exhibit this function, the amount of Bi2O3 was adjusted to 0.1rn, oβchi or more of all components (0.1rn in weight ratio).
(67% or more) was used in large amounts, preferably several hundred percent or more. For this reason, the raw material efficiency for manufacturing ZnO elements is decreasing, and bismuth oxide is polymorphic and has a low temperature (4
The electrical properties of the ZnO element change as the crystal system changes even when processed at temperatures between 0 and 650°C, and its thermally stable properties are an advantage. Bismuth oxide is highly volatile and if a worker inhales its vapor, it will have a negative effect on the human body, so it is desirable to use it in small quantities.For this reason, when glass frit is used instead of bismuth oxide However, during firing, the crystal growth of zinc oxide is insufficient and the formation of grain boundary layers is also incomplete, resulting in poor nonlinearity compared to those using bismuth oxide.

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、そ等 の目的とするところは添加物としてW2B 、 A10
 Osを△ 用いることによって、Bi2O3の量を極く微量と々し
ても非直線性の優rしたこの種のZnO素子を提供せん
とするもので、以下図面並びに表に基いて本発明の一実
施例を詳述する。
The present invention was made in view of this point, and its purpose is to use W2B and A10 as additives.
By using Os as △, we aim to provide this type of ZnO element that exhibits excellent nonlinearity even when the amount of Bi2O3 is extremely small. Examples will be explained in detail.

本発明のZnO素子は、純度99.91の酸化亜鉛に酸
化ビスマス0.005〜0.1 mol % 、酸化タ
ングステンおよび酸化モリブデンを夫々0.01〜0、
5 mail % ’+酸化マンガン0.03〜3.0
 mo1%の各任意を添力[」シ、これに更に硼硅酸亜
鉛ガラスフリットを全成分の総量に対して、0.01〜
LOwt係を加えたものから成っている。そしてこのよ
うな成分よシなる本発明のZnO素子は、次のようにし
て得られる。先ず所定の組成比になるよう秤量された原
料を十分に湿式混合した後造粒し任意の大きさに成形し
て、仮焼する。その後1000°C〜1300°Cの任
意の温度で6時間焼成を行なう。
The ZnO element of the present invention contains zinc oxide with a purity of 99.91, bismuth oxide in an amount of 0.005 to 0.1 mol %, tungsten oxide and molybdenum oxide in an amount of 0.01 to 0, respectively.
5 mail %'+manganese oxide 0.03-3.0
Add mo1% of each optional [''shi], and further add zinc borosilicate glass frit to the total amount of all components at a rate of 0.01 to 1%.
It consists of the following: LOwt section. The ZnO element of the present invention comprising such components can be obtained in the following manner. First, weighed raw materials are sufficiently wet-mixed so as to have a predetermined composition ratio, then granulated, formed into a desired size, and calcined. Thereafter, baking is performed at an arbitrary temperature of 1000°C to 1300°C for 6 hours.

焼成は前述した従来一般に用いられている方法で行なっ
てもよいが、酸化ビスマス、酸化モリフ゛デンおよび酸
化タングステンの揮散を防ぎ或いは補うことによって、
焼結性の高いZnO素子を得るため第2図で示す方法に
より行なう。
Firing may be carried out by the conventionally used method described above, but by preventing or supplementing the volatilization of bismuth oxide, molybdenum oxide, and tungsten oxide,
In order to obtain a ZnO element with high sinterability, the method shown in FIG. 2 is used.

第2図(α)において、焼成サヤ1内に台座2を置き、
該台座2の上に前記した本発明の素子と同一成分から成
る造粒粉3を敷いて、その上にZnO素子成形体4載置
して焼成を行なう。
In FIG. 2 (α), the pedestal 2 is placed inside the firing pod 1,
A granulated powder 3 made of the same ingredients as the element of the present invention described above is spread on the pedestal 2, and a ZnO element molded body 4 is placed thereon and fired.

第2図(b)においては、第2図(a)と同様であるが
、異なるところは、焼成サヤ1の四隅に、Bi2O5z
WO3の粉末5を置いて焼成を行なう。
Fig. 2(b) is the same as Fig. 2(a), but the difference is that Bi2O5z
Powder 5 of WO3 is placed and firing is performed.

第2図(c)においては、焼成サヤ内全体に造粒粉した
ものであり、第3図は表で示す各試料A、B。
In Fig. 2(c), the powder is granulated throughout the inside of the firing pod, and Fig. 3 shows each sample A and B shown in the table.

Cを前述した従来の焼成方法にて焼成したときの電圧−
電流特性図である。
Voltage when firing C using the conventional firing method described above -
It is a current characteristic diagram.

表 第3図より明らかなように、酸化ビスマスが微量でも酸
化モリブデン、酸化タングステン等を混合添加すること
により、入れない試料Cより優れた特性を示すことが確
認された。また、さらに酸化マンガンを添加することに
より非直線性がいっそう向上したことが明らかとなった
As is clear from Table 3, it was confirmed that by mixing and adding molybdenum oxide, tungsten oxide, etc., even in a trace amount of bismuth oxide, the sample exhibited better characteristics than sample C without the addition of bismuth oxide. It was also revealed that nonlinearity was further improved by adding manganese oxide.

なお、実験結果によると、酸化ビスマスの添加量がQ、
005moβチ以下では、酸化亜鉛結晶粒界にある絶縁
結晶層を作るのに不充分でろシ、また0、 1 moa
係以上では、前記層を作るのに過剰となり、余剰分が揮
発揮散してしまう。
According to the experimental results, the amount of bismuth oxide added is Q,
Below 0.005 moa, it is insufficient to form an insulating crystal layer at the zinc oxide grain boundaries;
If the amount is more than 100%, it will be too much to form the layer, and the excess will volatilize and dissipate.

酸化モリブデン、酸化タングステンは、夫々Bi2O5
の層状構造形成を助長する役目をするが、夫々0.01
 mo1%以下では、効果が現われず、0、5 mai
l 1以上では、ZnOの粒界に集中して存在し非直線
指数@)が低下してし1つだ。またガラスフリットは、
溶剤として作用するものであるが、コ;1Lilt粒界
層のみに偏在するものでないので、1、owt係以上で
は、余剰分の酸化亜鉛結晶中への拡散が起るため、Zn
O素子の非直線性が低下し、また0、01wt係以下係
上下果がなかった。なお、このガラスフリントは焼成時
に溶剤として作用するので、酸化亜鉛および絶縁結晶層
の結晶の成長を十分なものとするため、ZnO3〜65
wt係。
Molybdenum oxide and tungsten oxide are Bi2O5 respectively.
The role of promoting the formation of a layered structure is 0.01.
If the mo is less than 1%, no effect will be seen, and 0,5 mai
When l is 1 or more, it exists concentrated at the grain boundaries of ZnO, and the nonlinear index @) decreases. In addition, glass frit is
Although it acts as a solvent, it is not unevenly distributed only in the grain boundary layer, so at temperatures above 1.0%, the excess diffuses into the zinc oxide crystals, so Zn
The nonlinearity of the O element was reduced, and there was no difference between 0 and 01wt or lower. Note that this glass flint acts as a solvent during firing, so in order to ensure sufficient growth of zinc oxide and the crystals of the insulating crystal layer, ZnO3-65
wt person in charge.

BzOslO〜35wt%、5i0210〜75wt%
 とからなる硼硅酸亜鉛ガラスフリットを用いる。
BzOslO~35wt%, 5i0210~75wt%
A zinc borosilicate glass frit consisting of is used.

更に酸化マンガンは、0.03moA係以上では大電流
域での非直線性が低下してしまった。
Furthermore, with manganese oxide, the nonlinearity in a large current range deteriorates when the coefficient exceeds 0.03 moA.

以上のように本発明は、酸化亜鉛の添加物としてのBi
2O3の量を0.005〜0.1 mo 42%とし、
微少量となった分だけ粒界層の層状構造が低下するのを
防止するためにWO2とMoO3を夫々0.01〜0.
3moβ係添加してBi2O3による層状構造形成を助
長させたものである。したがって、本発明によれば、従
来のものに比べて、酸化ビスマス等の添加量がl/10
以下となシ、原料効率が良くなり、且つ酸化ビスマスの
添加量が微量となることによって揮発分が少なく人体へ
の悪影響が少なく々る。また酸化モリブデンの高活性を
酸化タングステンの熱的安定性より、酸化ビスマスの反
応開始温度および反応速度を適当な領域におくことがで
き、その揮散も防ぐことができ、優れた非直線性を有す
るZnO素子を得ることができる。
As described above, the present invention provides Bi as an additive for zinc oxide.
The amount of 2O3 is 0.005 to 0.1 mo 42%,
In order to prevent the layered structure of the grain boundary layer from deteriorating by the minute amount, WO2 and MoO3 are each added in the range of 0.01 to 0.
3moβ is added to promote the formation of a layered structure by Bi2O3. Therefore, according to the present invention, the amount of added bismuth oxide etc. is 1/10 compared to the conventional one.
As described below, raw material efficiency is improved, and since the amount of bismuth oxide added is small, there is less volatile content and less harmful effects on the human body. Furthermore, by combining the high activity of molybdenum oxide with the thermal stability of tungsten oxide, the reaction initiation temperature and reaction rate of bismuth oxide can be set in an appropriate range, and volatilization can be prevented, resulting in excellent nonlinearity. A ZnO element can be obtained.

また、Mn0z を添加することにより、ZnO素子の
非直線指数が大きく且つ広範囲に渡って一定となるので
、長期間多数の繰返しサージが入る場合のサージ・アブ
ソーバ−として特に有効なものである。
Furthermore, by adding Mn0z, the nonlinear index of the ZnO element becomes large and constant over a wide range, so it is particularly effective as a surge absorber when many repeated surges occur over a long period of time.

また本発明によりなるZnO素子は、第3図からも明ら
かなように素子1v〃・当りの耐電圧が従来アレスター
に使用されているものより低いので、単位体積当りのエ
ネルギー消費が低く押えられ耐量特性が向上し、素子の
制限電圧(電流1mAが流れる時の電圧)の調整が容易
となる8 なお、上記説明では各添加物を酸化物の形で添加したが
、その他塩の形で添加しても同様な効果が得られること
ば勿論である。
Furthermore, as is clear from FIG. 3, the ZnO element according to the present invention has a lower withstand voltage per 1 V element than those used in conventional arresters, so the energy consumption per unit volume is kept low and the withstand voltage is lower. This improves the characteristics and makes it easier to adjust the device's limiting voltage (voltage when a current of 1 mA flows). Of course, the same effect can be obtained even if

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はZnO素子の微細構造を示す説明図、第2図は
本発明のZnO素子成形体の焼成方法を示す説明図、第
3図は本発明のZnO素子の電流−電圧特性図。 特許出願人
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the fine structure of a ZnO element, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of firing a ZnO element molded body of the present invention, and FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram of the ZnO element of the present invention. patent applicant

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)酸化亜鉛を主成分とし、この酸化亜鉛に添加物と
して酸化物或いは塩の形にして、ビスマス等を 3゜添
加するようにしたものに於て、前記添加物としてビスマ
スをBi20Bの形に換算して、0.005〜0.1モ
ル係、タングステンおよびモリブデンを夫夫WO3,M
oO3の形に換算して、各々0.01〜0.5モヘ硼硅
酸ガラスフリットを全成分の総量に対して、0.01〜
1.Owt 係を添加し、1000〜1300°Cの温
度にて焼成してなることを特徴とする酸化亜鉛非直線抵
抗体。
(1) In the case where zinc oxide is the main component and 3° of bismuth etc. is added to this zinc oxide in the form of an oxide or salt as an additive, bismuth is added as the additive in the form of Bi20B. In terms of 0.005 to 0.1 mole, tungsten and molybdenum are
0.01 to 0.5 mohe borosilicate glass frit to the total amount of all components in terms of oO3 form.
1. 1. A zinc oxide nonlinear resistor, characterized in that it is formed by adding Owt and firing at a temperature of 1000 to 1300°C.
(2)酸化亜鉛を主成分とし、この酸化亜鉛に添加物と
して酸化物或いは塩の形にして、ビスマス等を添加する
ようにしたものに於いて、前記添加物としてビスマスを
Bi2O3の形に換算して、0.005夫WOs 、 
Mo5sカ形に換算して、各々0.01〜0.5モル係
、マンガンをMnO3の形に換算して、0.03〜3.
0モル係、硼硅酸カラスフリットを全成分の総量に対し
て、0.01〜1.Owt %  を添加し1000〜
1300°Cの温度にて焼成してなることを特徴とする
酸化亜鉛非直線抵抗体。
(2) In the case where zinc oxide is the main component and bismuth, etc. is added to this zinc oxide in the form of an oxide or salt as an additive, the bismuth as the additive is converted into the form of Bi2O3. Then, 0.005 husband WOs,
0.01 to 0.5 mole each in terms of Mo5s form, and 0.03 to 3.0 mole in terms of manganese in MnO3 form.
The amount of borosilicate glass frit is 0.01 to 1.0 molar relative to the total amount of all components. Owt% added 1000~
A zinc oxide nonlinear resistor characterized by being fired at a temperature of 1300°C.
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