KR920005155B1 - 산화아연 바리스터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

산화아연 바리스터의 제조방법

제1도는 본 발명의 방법의 제조공정도.

제2도는 종래의 방법으로 제조된 산화아연바리스터의 재열처리후 전압-전류특성변화를 보인 그래프.

제3도는 본 발명에 의한 산화아연바리스터의 재열처리후 전압-전류특성변화를 보인 그래프.

본 발명은 바리스터의 제조방법에 관한 것으로 특히, 전극형성을 위한 재열처리 과정에서 발생하는 소자의 특성 변화를 감소시킨 산화아연바리스터의 제조방법에 관한 것이다.

비선형 저항체의 일종인 산화아연바리스터는 산화아연을 주성분으로 하고, 여기에 첨가제로서 산화비스머스를 비롯한 미량의 금속산화물들이 함유된 소결체로서 전압-전류비직선성과 우수한 과도전압흡수능력으로 인하여 각종 전기 및 전자기기의 회로보호용 소자나 낙뢰등으로부터의 전력계통 보호를 위한 무공극식 피뢰기소자등에 널리 사용되고 있다.

종래의 바리스터 제조방법(Jpn.Appl.Phys.Vol.18[8], 1439-1446, 1971)에 의하면, 주성분인 산화아연에 미량의 산화비스머스(Bi₂O₃), 산화코발트(CoO), 산화망간(MnO), 산화안티몬(sb₂O₃) 및 산화크롬(Cr₂O₃)등을 첨가하여 혼합한 다음 건조, 조립 및 성형공정을 거쳐 1200-1350℃의 온도에서 소결을 행하여 바리스터를 제조하였다.

이같은 방법으로 제조된 산화아연바리스터 소결체는 후속공정으로서의 전극형성을 위하여 600-800℃에서 열처리를 거치는 과정에서 산화아연 결정립사이에 존재하는 산화비스머스의 상전이로 인하여 부피변화가 발생함에 따라 입계를 사이에 둔 산화 반도체의 입자표면에 압축응력 또는 인장응력이 가해지게 되어 결과적으로 전압-전류비직선성 및 동작전압의 저하를 초래하는 문제점을 지니고 있다.

따라서, 본 발명은 전극형성을 위한 열처리시의 상전이로 인한 특성변화를 감소시키기 위한 방편으로 1차 소결시 액상소결의 요인으로 작용하는 산화비스머스를 제외한 나머지 일반적인 세라믹조성물만을 통상의 방법으로 소결하여 1차소결체를 제조한 다음, 산화아연을 주성분으로 하는 금속산화물도포제를 1차소결체에 도포하여 2차열처리를 통하여 도포제가 산화아연, 결정립계로 확산되도록 한 산화아연 바리스터의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이같은 본 발명 제조방법을 제1도의 제조공정도에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일반적인 산화아연바리스터의 조성물중에서 산화비스머스를 제외한 주성분인 산화아연과 첨가제인 소량의산화안티몬, 산화코발트, 이상화망간 및 산화크롬을 일정비율로 조합하여 혼합, 분쇄 및 건조를 행한다음, 소정의 두께를 갖는 원판형으로 가압성형하여 1200-1450℃에서 소결하여 1차소결체를 제조한다.

다음, 1차소결체의 제조와 별도의 공정으로서, 산화납, 산화비스머스 및 붕사등으로 이루어진 금속산화물에 혼합→분쇄→건조→체거름의 일련의 공정을 통하여 얻어진 혼합분말에 용제를 혼합하여 금속산화물 도포제를 제조한다.

이와같이 하여 얻어진 금속산화물 도포제를 상기 1차 소결체의 양면에 도포하여 1000℃의 온도하에서 2차열처리하여 1차소결체의 표면에 도포된 금속산화물이 소결체내부의 결정립계로 확산되도록 한 다음, 소결체의 양면에 전극을 형성함으로써 본 발명에 의한 산화아연바리스터가 제조된다.

이와같이 2차열처리를 거친 소결체는 동작개시전압이 300-900V/mm로서 양호한 전압-전류비직선특성을 나타내며, 전극처리를 위하여 반드시 필요한 열처리과정에 따른 특성변화를 조사하기 위해 700℃에서 20분씩 재열처리하여 측정한 결과 전기적특성변화를 종래의 방법으로 제조된 산화아연바리스터(변화율: 80%)에 비해 현저하게 감소하였음을 알수 있었다.

본 발명에 따른 산화아연바리스터의 특성향상은 제조공정상의 차이에 의한 미세구조 변화에 기인하는 것으로 판단되는데, 1차소결시 액상을 형성하는 산화비스머스가 제외됨에 따라 바리스터의 소결은 주로 고상반응에 의해 지배되어지고 그 결과 결정립의 성장이 둔화됨과 동시에 소결밀도는 낮아지게 되어 1차소결체는 조약한 미세구조를 띠게 된다.

따라서 본 발명에 의하여 제조된 산화아연바리스터는 미세구조를 가짐에 의해서 산화비스머스의 상전이에 따른 내부응력을 쉽게 흡수할 수 있기 때문에 전기적특성변화의 폭이 감소하게 된다.

본 발명은 다음의 실시예를 통하여 더욱 명확하게 설명된다.

[실시예]

일반적인 산화아연바리스터의 조성 중 산화비스머스를 제외한 나머지의 금속산화물을 96.5Zn0+1.0Sb₂O₃+1.0Co₂O₃+1.0MnO₂+0.5Cr₂O₃의 조성비(몰비)로 평량한 다음, 볼밀로 혼합, 분쇄를 행하고 폴리비닐알콜을 결합제로 사용하여 직경 10mm, 두께 1.2mm의 원판형으로 가압성형하고 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 그리고 1450℃의 온도에서 1시간 동안 소결하여 1차소결체를 제조하였다. 한편, 금속산화물 도포제는 산화납, 산화비스머스, 봉사를 중량비 50 : 45 : 5으로 혼합한 뒤, 다시 0.5wt%의 셀룰로오스가 함유되어 있는 부틸카르비를 용액과 혼합하여 400poise정도의 점도를 갖도록 제조하였다.

이와같이 제조된 금속산화물 도포제를 상기 1차소결체의 양면에 실크인쇄로 전면도포하고 1000℃에서 1시간동안 2차열처리하여 금속산화물을 소결체 내부의 결정립계에 확산시킨 다음 소자의 양쪽 대향주면에 각각 상온용 은전극(소자면적비 : 80%)으로 전극을 형성하여 기본소자를 제조하였다.

동일한 조건으로 제조한 소자를 700℃에서 20분씩 재열처리한 다음 상온용은전극으로 전극을 형성하여 재열처리 효과를 조사하였다.

상기의 방법으로 제조한 소자의 전기적특성은 아래의 표 1과 같으며, 종래의 제조방법으로 제조된 산화아연바리스터 및 본 발명에 의한 산화아연바리스터의 전압-전류특성변화는 각각 제2도 및 제3도에 도시된 바와같다.

[표 1]

이상의 실시예를 종합하여 보면 1200℃에서 1450℃의 온도까지 1차소결온도를 각기 달리함에 따라 동작전압이 감소하는 것을 알 수 있는 바, 이는 1차소결온도가 높아질수록 결정의 성장속도가 빨라져서 입자의 직경이 커져 입계수가 감소함과 아울러 치밀화가 이루어져 유효도전면적이 증가하기 때문이며, 열처리에 의한 특성변화를 보면 1차소결온도가 높아질수록 변화폭이 증가하는 것을 알 수 있는데 이는 소결밀도가 증가함으로써 산화비스머스로 이루어진 입계층의 부피변화에 대한 응력흡수가 줄어들기 때문이다.

결론적으로, 2차열처리 과정을 거쳐 제조한 산화아연 바리스터소자는 1차소결온도에 따라 특성상의 차이는 있으나 종래의 방법으로 제조한 소자에 비해 조악한 미세구조를 가짐으로 해서 열처리에 의한 특성변화가 현저히 감소한것을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 통상의 산화아연바리스터 제조방법에 있어서, 산화비스머스를 제외한 산화아연바리스터의 조성물을 일반적인 세라믹제조공정으로 1200-1450℃에서 1차소결하여 얻어진 소결체에 산화비스머스를 주성분으로 하는 금속산화물 도포제를 도포하여 900-1200℃에서 1시간동안 2차열처리함을 특징으로 하는 산화아연 바리스터의 제조방법.

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