KR100225107B1 - Zno계 배리스터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ZnO의 예비 소결을 통해 ZnO 입자 성장을 한 다음, 성장된 ZnO 입자들을 크기별로 분류하고, 다른 첨가물과 혼합하고 소성하여 배리스터내의 입계 갯수를 감소시켜서 저전압용 배리스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

ZnO계 배리스터의 제조방법

제1도는 ZnO계 배리스터의 블럭 모델.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 배리스터의 시편 두께 2 : ZnO 입자의 크기

3 : ZnO의 입자 4 : 절연 입계층

본 발명은 ZnO계 배리스터(varistor)의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하기로는 ZnO의 입자를 균일하게 성장시켜 저전압용 배리스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.

배리스터란 인가되는 전압의 크기에 따라 저항값이 변하는 비직선성 저항 특성을 나타내는 재료로서, 피뢰기(arrester), 전기 접점간의 불꽃 제거장치, 전자 기구내에서의 이상 전압의 흡수 및 제어회로에 이용된다.

종래 ZnO를 이용한 배리스터는 첨부된 제1도에서 도시된 바와 같이 기본적으로 ZnO의 입자들과 Bi₂O₃, Sb₂O₃, CoO, MnO 등의 첨가제들로 구성된 절연 입계층(intergranular layer)의 미세 구조로 이루어지며, 액상 소결을 통해서 소결이 이루어지게 된다. 그런데 저전압용 배리스터를 제조하기 위해서는 ZnO 입자의 크기를 증가시켜 내부의 입계 갯수를 줄여야 하므로, 이를 위해서는 소결 온도를 높이거나 소결 시간을 길게 가져야 하는데, 이러한 방법으로서는 ZnO의 불균일한 입자 성장을 야기시켜 배리스터로서의 특성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결할 수 있도록 ZnO의 예비 소결을 통해 ZnO 입자 성장을 한 다음, 성장된 ZnO 입자들을 크기별로 분류하고, 다른 첨가물들과 혼합하고 소성하여 배리스터내의 입계 갯수를 감소시켜서 저전압용 배리스터를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조 방법은 다음의 단계로 구성된다.

(가) ZnO 분말에 BaCO₃를 소량 첨가하여 성형하는 단계.

(나) 상기 성형품을 일정 온도 및 시간동안 소결하여, 성장된 ZnO 입자와 입계에 존재하는 BaO의 구조를 가진 소결체를 제조하는 단계.

(다) 상기 소결체를 증류수에서 증탕하여 BaO를 녹이고, 그 결과 생성물을 분쇄하여 성장된 ZnO만을 제조하는 단계.

(라) 상기 성장된 ZnO 입자들을 균일한 크기별로 분류하는 단계 및

(마) 상기 분류된 ZnO 입자를 통상 배리스터에 사용되는 첨가제들과 바인더를 사용하여 성형하고 소결시키는 단계.

상기 (가)단계에서 바람직한 BaCO₃의 첨가량은 ZnO에 대해 0.5∼5몰%이며, 이 범위를 벗어나면 ZnO의 입자성장이 저해되는 문제점이 있게 된다. 또한 상기 (나)단계에서 1350∼1450℃ 및 2∼5시간의 소성조건이 ZnO입자성장의 측면에서 바람직하다.

상기 (라)단계에서 ZnO 입자의 크기는 30∼50㎛가 사용되는 것이 좋으며, 통상의 침강법이나 씨이브(seive)를 사용해서 분류를 행할 수 있다. 상기 (마)단계에서 사용된 첨가제로 예를 들면, ZnO를 기준으로 Bi₂O₃1몰%, CoO, MnO₂, TiO₂, SnO₂0.5몰%이고, 통상의 폴리 비닐 알콜이 바인더로 사용될 수 있다.

배리스터의 강복 전압(breakdown voltage)은 절연 입계층당 3.0∼4.0V 정도이고, 인가된 전압은 대부분이 절연 입계층이 집중되어 임계 전압이상에서 입계층의 전기적인 강복이 일어나 급전류가 흐르게 된다. 따라서 강복 전압인 배리스터 전압은 하기식에서와 같이 입계의 갯수(n)×입계당 배리스터의 전압(V_g)로 나타낼 수 있는데, 저전압용 배리스터를 제조하기 위해서는 ZnO의 입자를 크게 성장시켜 배리스터 내부의 입계 갯수를 감소시키면 되는 바 본원 발명의 제조 방법은 상술한 점에 착안하여 완성된 것이다.

V_BR=nV_g=D/d V_g

V_BR는 배리스터의 강복 전압

V_g는 입계당 배리스터의 전압

n은 입계 갯수

D는 배리스터의 시편두께(제1도에서 1로 도시됨)

d는 ZnO 입자의 크기(제1도에서 2로 도시됨)

이하 실시예를 통해 본 발명의 제조 방법 및 그 효과에 대해서 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 예가 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

[실시예]

ZnO 분말 20g에 BaCO₃를 하기 표 1의 몰%만큼 첨가하여 원통형 몰드를 사용하여 직경 2㎝ 높이 2㎝로 성형하였다. 그 다음 이를 1400℃에서 1시간 소결하여 성장된 ZnO 입자와 입계에 존재하는 BaO의 구조를 가진 소결체를 제조한 다음, 상기 소결체를 증류수에서 10시간동안 증탕하여 BaO를 녹이고, 그 결과 생성물을 분쇄하여 성장된 ZnO만을 제조한다. 상기 성장된 ZnO 입자들을 씨이브를 사용하여 분류하여 10∼80㎛ 크기별로 분류한 다음 상기 분류된 각각의 ZnO 입자에 BiO₂1몰%, CoO, MnO₂, TiO₂, SnO₂0.5몰%를 첨가하고 바인더로서 폴리비닐 알콜 3중량%을 사용하여 성형하고 1400℃로 1시간동안 소결시켜 각각의 배리스터를 제조하였다. 상기에서 제조된 배리스터들의 물성치를 I=CV^α의 조건하에 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

[표 1]

이상 전술한 바와 같이 본 방법의 제조 방법에 의해 제조된 배리스터는 기준에 나와 있는 것의 불균일 ZnO입자성장에 의한 저전압용 배리스터 특성에 반하여 매우 우수한 물성을 보임을 알 수 있다.

Claims (2)

1. ZnO계 배리스터의 제조방법에 있어서, ZnO 분말에 BaCO₃를 소량 첨가하여 성형시키는 단계, 상기 성형품을 1350∼1450℃에서 2∼5시간동안 소결하여 성장된 ZnO 입자와 입계에 존재하는 BaO의 구조를 가진 소결체를 제조하는 단계, 상기 소결체를 증류수에서 증탕하여 BaO를 녹이고, 그 결과 생성물을 분쇄하여 성장된 ZnO만을 제조하는 단계, 상기 성장된 ZnO 입자들을 균일한 크기별로 분류하는 단계 및 상기 분류된 ZnO 입자를 이용하여 배리스터를 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 ZnO계 배리스터의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 BaCO₃의 첨가량은 ZnO에 대해 0.5∼5몰%인 것을 특징으로 하는 ZnO계 배리스터의 제조방법.