SE455143B - Sett att framstella en icke-linjer, spenningsberoende resistor - Google Patents

Description

455 143 sidoyta och sintra elementet för att bilda isoleringsbeläggningen av ett oorganiskt material. Enligt sistnämnda sätt erfordras två sintringssteg. Som resultat stiger den framställningskostnad som krävs för att framställa resistorn beroende på att den bränsle- kostnad som krävs i detta fall är två gånger så stor som den som erfordras för det enda sintringssteget. Som ytterligare en nackdel påvisas vidare att sintringsapparaten används två gånger, vilket reducerar dess livslängd. Vid det senare sättet förekommer vidare följande ogynnsamma fenomen med avseende på det icke-lineära spän- ningsberoendet: Under sintringen förångas Bi205 från elementet. Av detta skäl förlorar man likformighet i tjockleken, som bestämmer graden av icke-linearitet hos elementet, hos korngränsen i Bi2O5.

Därtill utföres den sintring som förekommer i detta fall som smält- fassintring beroende på en flytande fas av Bi205. Som resultat framträderfln olikformighet i ZnO-partiklarnas tillväxthastighet, vilketsänker det icke-linaära spänningsberoendet.

Vid ovannämnda båda sätt framhållas som en ytterligare nackdel att tekniskt kunnande och komplicerade anordningar krävs för att man skall kunna övervaka att beläggningens tjocklek blir likformig.

Summering av uppfinningen Ändamålet med uppfinningen är att ange ett sätt att framställa en spänningsberoenae rasister (vDR) via vilket 1) resistornframställs genom att bilda ett elektriskt isolerande lager på ett resistanselement som utgör resistorn, 2) kristallpartiklarna på resistanselementet är fria från ytporer, fina och likformiga, 5) det på resistanselementet bildade elektriskt isolerande lagret är hårt eller tätt packat, 4) resistorn har förbättrade resistanskarakteristika, ringa försäm- ring i elementkarakteristiiaï7?örbättrad tålighet för spänningsfall under strömbelastning, glimspänningstålighet eller bågspänningstå- lighet. få. fl' 455 143 Detta uppnås enligt uppfinningen genom att det inledningsvis defi- nierade sättef förses med följande steg: a) placerande av nämnda element i en atmosfär av en gasformig molekylär blandning inuti ett sintringskärl; och b) sintrande av nämnda element i atmosfären av den gasformiga moleky- lära blandningen, varvid en kemisk reaktion äger rum mellan bestånds- delar i den gasformiga molekylära blandningen och det fasta elementet och ett av den kemiska reaktionens produkt bildat elektriskt isolerande lager bildas på elementets sidoyta.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare under hänvis- ning till ett på bifogad ritning visat utföringsexempel enligt nedan.

Fig 1 visar en tvärsektion framifrån av ett föredraget utförande av en sintringskapsel lämpad för ett sätt att framställa en VDR- resistor enligt uppfinningen.

Fig 2 visar en tvärsektion framifrån av ett annat föredraget utfö- rande av en sintringskapsel lämpad för ett sätt att framställa en VDR-resistor enligt uppfinningen.

Fíg 3 visar en kurva som visar sambandet mellan beläggningsmängden antimonoxid och tjockleken hos det elektriskt isolerande lager som bildas på elementets sidoyta.

Fig 4A - 4D visar fotografier som vardera visar en sekundärelek- tronbild från en röntgenmikroanalysator och en karakteristisk röntgenbild av Sh och Zn.

Fig SA - SD är fotografier som vardera visar en sekundärelektron- bild från en röntgenmikroanalysator och en karakteristisk röntgen- bild av Sb och Zn.

Fig 6 visar ett diagram som visar sambandet mellan beläggningsmäng- dens antimonoxid och elementets elektriska karakteristik. 455 143 Fig 7 visar en karakteristisk kurva som utgör en röntgendiffrak- tionsprofíl för ett lager som bildas medelst ett föredraget första utförande av sättet enligt uppfinningen.

Fig 8A - BD är fotografier som vardera visar ett isolerande lager upptaget med en röntgenmikroanalysator, Fig 9A - 9D visar fotografier som vardera visar ett isolerande lager upptaget med en röntgenmikroanalysator.

Pig 10 visar en kurva som visar blandningsförhållandet mellan Sb2O5 och Bi 0 och sambandet med den minskade mängden Bi 0 i elementet. 25 23 Fig 11 visar ett diagram som visar variationen av blandningsförhål- landet hos Sb2O5 och Bi203 och en elektrisk karakteristik för ele- mentet.

Fig 12 visar en kurva som visar sambandet mellan blandningsförhållandet mellan Sb 0 och Bi20 2 5 5 rande lagret. um i sintringskärlet och tjockleken hos det isole- Fig 13 visar ett schema som illustrerar ett förfarande för att bilda ett elektriskt isolerande lager vari Bi203 är mindre än 20 molprocent.

Fig 14 visar ett schema som illustrerar ett förfarande för att bilda ett elektriskt isolerande lager vari Bi205 är mera än 30 molprocent.

Fig 15 visar en karakteristisk kurva utgörande en röntgendifrak- tionsprofil för ett lager.

Fig 16A - 16H är fotografier som vardera visar ett isolerande lager som upptagits med en röntgenmikroanalysator.

Fig 17 och 18 är kurvor som vardera illustrerar en linjeana- lys från en röntgenmikroanalysator.

Fig 19 visar en kurva som visar en röntgenäífraktionsbild av en elektriskt isolerande film.

Fig 20 visar ett diagram som visar ändringen i blandningsförhål- lande mellan Sb2O5,Bi2O5och SiO2 och en elektrisk karakteristik för elementet. 42 4R5 1.45 Detaljerad beskrivning av de föredragna utförendena Fig 1 och 2 visar ett föredraget utförande av ett sintringskärl enligt uppfinningen.

Se fig 11 Ett basorgan 14 är monterat på bottnen till en kapsel 12 (sintringskärl) av aluminiumoxid. Ett element 18 är monterat på basorganet 14 via ett lager av ett bäddorgan 16 bestående av ett granulerat pulver. Bäddorganet 16 är anordnat för att förhindra att basorganet 14 termiskt skall vidhäfta elementet 18. På den inre sidoytan av kapseln 12 är en beläggningsagens 20 belagd för att bilda en sidoytan isolerande beläggning. Vid den övre änden av kapseln 12 är ett lockorgan 22 anordnat framställt i samma material som kapseln 12.

Det är att föredraga att basorganet 14 bildas av ett material av aluminiumoxid eller ZnO-elementblandningen. Speciellt är ZnO- elementblandningen att föredraga enär det då inte finns någon möj- lighet att egenskapernas skadas beroende på att Zn0-elementbland- ningen är av samma material som organet. Beträffande materialet i bädd0Iš8n@t 16 kan man användaefizgranulerat pulver av aluminium- oxid eller Zn0-elementet eller ett pulver erhållet genom att för- sintra ZnO-elementet pch krossa det. Beträffande bäddorganet 16 krävs bestämt att materialet i bäddorganet 16 är gjort av em mate- rial med liknande sammansättning som det i ZnO-elementet. Det bör uppmärksammas att om basorganet 14 är framställt av samma material som elementet 18 bäddorganet 16 icke erfordras. Det är tillräck- ligt att beläggningsagensen 20 för att bilda en sidoyta isolerande beläggning är belagd på en del av eller hela ytan av innerväggen till kapseln 12 och bottenytan av kapseln 12.

Se fig 23 Denna visar en modifikation av sintringskärlet, varvid ett hjälporgan 24 i samma material som i kapseln 12 och lockorga- net 22 är anordnat utmed dess inre sidoyta. På dess inneryta (eller både inner- och ytterytorna) belägges beläggningsagenaen 20. Den övre ytan av elementet 18 är täckt med bäddorganet 26 och en kera- misk platta 28 för att förhindra bildning av en isolerande belägg- ning. 455 143 Hjälporganet 24 som används i det i fig 2 visade sintringskärlet har en mekanisk styrka tillräcklig att motstâchssmånga upprepade monteringar. Eftersom det finns föga möjlighet att det uppträder termisk deformation som skulle kunna orsakas genom upprepning av de många sintringsoperationerna, kan en tunn platta användas som hjälporgan 24, vilket gör det möjligt att minska dess kostnad.

Härigenom blir det möjligt, även om materialet i hjälporganet 24 försämras beroende på. mångfaldigt upprepande av sintringsoperatio- nerna med det resultat att egenskaperna hos sidoytans isolerande beläggning försämras, att lätt taga. bort hjälporganet 24. Efter- som vidare beläggningsagensen 20 inte är belagd på kapseln 12 och lockorganet 22 som är relativt dyrbara, finns det föga möjlighet att det uppträder någon försämring i materialet hos kapseln 12 och lockorganet 22. Av detta skäl.är kapseln 12 och lockorganet 22 i stånd att motstå de talrika upprepade sintringsoperationerna.

Följaktligen är det i fig 2 visade síntringskärlet särskilt lämp- ligt då. man sintrar ett flertal element med liten radie i en kap- sel med stor innervolym.

Ett sätt att bilda sidoytans isolering skall nu beröras.

Först beskrivas ett sätt att göra ovannämnda element 18 enligt nedan: En kvantitet (till exempel 91 vikt-ßš) pulveriserat ZnO tillsätts en andra förutbestämd kvantitet (till exempel totalt 9 vikt-%) av en blandning eller en fórångbar molekylär massa innehållande till exempel sbzoâ (antimonoxia), 131205 (vismumxia), co o (kobou- and) 01-205 (krømoxia), 141102 (manganuia) och S102 (kiseloxia) och sedan blandas den förra helt med den senare. Den sålunda erhållna blandningen pressas sedan i en form till ett format element med önskad form, till exempel en skiva 40 mm i diameter och 50 mm i tjocklek.

För det andra är ett sätt att framställa beläggningsmedlet 20 följande: En antimonoxidblandzaing innehållande åtminstone en av Sb205.Sb204och Sb205 som råmaterial omvandlas till ett beläggnings- slam som tjänar som 'beläggningsmedel 20 genom att tillsätta en i för- väg bestämd kvantitet vatten. Det sålunda erhållna beläggningsmedlet 455 143 belägga på en inre sidoyta av kapseln 12 eller hjälporganet 24 och torkas sedan.

Det skivformade elementet 18 insättes i en kapsel 12 i vilken be- läggningsmedlef 20 är belagd. Kapseln 12 täckas med lockorganet 22 så att man får ett väsentligenlfttätt tillstånd. I detta lufttäta tillstånd och då elementet 18 sintras inom ett temperaturomrâde från 1ooo°c till 14oo°c (företrädesvis från 11oo°c till 15oo°c med tanke på elementets elektriska karakteristik), sublimeras den anti- monorid som tjänar som det beläggningsmflåel 20 som tillförts i kapseln 12, med det resultat att kärlets insida försätts i närvaro av antimonoxiden. Sålunda reagerar antimonoxiden med Zn0 eller Bi205 på elementets 18 yta via en reaktion fast kropp - ånga, vari- genom en isolerande beläggning med hög resistans bildas på elemen- tets 18 yta.

Vid ovannämnda reaktion fastkropp - ånga omvandlas Sb205 till Sb2O4 vald från ett flertal föreningar av antimonoxiden vid omkring 57o°c, och sbzos ømvanaias till sb2o4 357°C. Den sålunda erhållna Sb2O4 börjar sublimera från en tempe- ratur av omkring 920°C. Då temperaturen är över 1000°C blir reak- tionen hos Sb O aktiv. Sålunda är insidan av kapseln 12 i närvaro 2 4 av antimonozid. vid en temperatur högre än Ä andra sidan krymper elementet 18 med 40 procent räknat efter volym.

Det bildas sålunda en kristallinßas såsom Zn2SiO4, pyroklor (znzsi st o ), zn 0 3 314 mzsboßv 4 mentet 18 reagerar en antimonoxid som bildäæ inuti sintringskärlet och 14 Bi2OšCr2O5. På ytan av ele- med Zn2+ som diffunderar från det inre av elementet 18. Som resul- tat bildas Zn2,33Sb0,670 sintringen av elementet 18» 4 på ytan av elementet 18 samtidigt med Fig 3 visar en kurva som visar sambandet mellan tjookleken hos sidoytans isolerande beläggning och beläggningsmängden Sb203. I detta fall utföres mätningen för att uppvisa sambandet på följande sätt: Beläggningsmeålßt 20 (Sb2O3) belägges på det i fig 1 visade 455 143 inner- sintringskärlets /vägg som har en innervolym av 100 ml varvid dess mängd varieras. Sedan den torkat monteras två skivor element 18 vardera med en diameter om 40 mm och en tjocklek om 8 mm på bas- organet 14. Det värde som inritats på abskissan i fig 3 visar tjockleken hos sidoytans isolerande beläggning under det villkor att ovannämnda element sintras vid 120000. Som framgår av rit- ningen så är beläggningsmängdenlineärt proportionell mot dezfbe- lagda tjockleken, när mera än 0,1 g beläggningsmedel belägges.

Det inses att önskad tjocklek hos 'beläggningen lätt bildas genom att reglera beläggningsmängden.

Fig 4A - 4D och 5A - 5D är fotografier som vardera visar en sekun- därelektronbild från en röntgenmikroanalysator på en sidoytam iso- lerande beläggning och en karakteristisk röntgenbild av Sn och Zn.

Fig 4A - 4D visar fallet att 0,5 g 311205 är belagt som beläggnings- medel 20, medan fig 4A _ 4D visar en sekwmarelektronbila (skalan i fig 413 är två gånger så. stor som den i fig 4A), fig 4G visar en karakteristisk röntgenbild av Sb och fig 4D visar en karakteristisk röntgenbild av Zn. Som framgår av fig 4G och 4D bildas sidoytans Sb-rika. beläggning med en bredd av omkring 20 f/Mmikrometer). Det är känt att Zn i beläggningen har diffunderat från elementet och gränsytan mellan elementet och belägg-ningen är kemiskt bunden.

Ehuru icke visat enligt röntgenmíkroanalysatorn ser man att Bi, Cr och Si som ingår i elementet 18 ingår i beläggningen så. att en liten mängd därav har diffunderat in i den. Fig 5A - 5D visar fallet att 0,9 g Sb203 är belagt, varvid experimentbetingelserna i fig 5A - 5D är desamma som i fig 4A - 4D och beläggningens tjock- lek är omkring 50 ßlm.

I enlighet med röntgendiffraktionsmäjcning finner man att spinell som bildats under sintringen tillräckligt reagerar med elementet beroende därpå att Co, Mn och Cr som förefinns i elementet är i fast lösning iginellfasen.

Fig 6 visar ett diagram som illustrerar tåligheten för hög ström- styrka hos det element som framställts enligt ovannämnda sätt. Det påpekas här att värdet på tåligheten för hög strömstyrka mäts då pulsen på 4x10 ,us anbringas två gånger och variationsför- f, »V 455 145 hållanäet är värdet sedan pulsen 50 kA pålagts två gånger. Man ser att sidoytans isolerande beläggning med god karakteristik kan er- 3. I rig 6 beteck- nar o tålighet för hög strömstyrka och x betecknar variationsför- hållas genom att variera beläggningsmängden Sb20 hållandet. Fig 7 visar en karakteristisk kurva som illustrerar en röntgendüïraktionsprofil hos ett lager som bildats medelst det ovan- nämnda första utförandet av sättet enligt uppfinningen.

Kärnpunkten vid bildningen av sidoytans isolerande beläggning en- ligt ovanstående beskrivning ligger i en reaktion ånga - fast fas.

Eftersom man inte behöver belägga den agens som bildar sidoytans isolerande film på elementet, är följande tre sintringssätt till- gängliga.

Det första sättet innefattar steget att pressa ZnO-elementet i en form för att forma ett i förväg bestämt format element och uppvärma elementet i ett sintringskärl med konstruktion enligt fig 1 och 2 för mä utföra en sintring under en i förväg bestämd tid.

Det andra sättet innefattar stegen att utföra en försintring för att i någon utsträckning krympa eller sammandraga den pressformade ZnO och sedan utföra en sintring i sintríngskärlet.

Det tredje sättet innefattar stegetatt sintra ZnO-elementet genom att gradvis höja tempe1a'hxren i sintringskärlet. Närmare bestämt innebär sistnämnda sätt stegen att uppvärma elementet till en tem- peratur under den temperatur vid vilken reaktionen ånga - fast fas börjar, varvid man krymper Zn0-elementet så att man får samma ver- kan som vid försintring och därefter uppvärmer vid en i förväg be- stämd temperatur och under en tid som är tillräcklig för att upprätt- hålla en reaktion ånga - fast fas och olika slags karakteristika hos elementet och därigenom erhåller den VDR-resistor på vilken en sido- ytans isolerande beläggning bildas. Sintringen av elementet utföres genom att bilda en sidoytansisolerande beläggning i överensstämmel- se med ovan beskrivna utförande. 455 143 10 Enligt föreliggande utförande är det tillräckligt för att uppnå syftet att sintra ZnO-elementet 18 i atmosfären av antimonoxid inom ett i förväg bestämt sintringstemperaturområde. Följaktligen är det i jämförelse med ett sätt att belägga med en oorganisk sido- ytsagens inte nödvändigt att rigoröst fästa avseende vid kontrak- tionsförhållandet eller krympningen mellan elementet och den oorga- niska sidoytsagensen, varigenom det blir lätt att erhålla sido- ytans isolering med hög resistans.

Eftersom sidoytans isolerande beläggning bildas med användning av en reaktion ånga - fast fas, blir elementet tätt packat med den isolerande beläggningen vilket gör det möjligt att erhålla en isole- rande beläggning med fina och likformiga kristallpartiklar fria från ytporer. Detta gör det följaktligen möjligt att avsevärt för- bättra elementets elektriska karakteristika, såsom tålíghet för hög spänning, glimspänningstålighet eller bågspänningstålighet i jämförelse med det fall att elementet är belagt med en epoxiplast.

I jämförelse med det fall att en oorganisk sidoytsagens är belagd på elementets sidoyta och sedan sintrats är det vidare möjligt att erhålla ett element med samma karakteristik som i ovanstående fall.

Som framgår av föregående beskrivning kännetecknas ett sätt att bilda en sidoyteisoleringsbeläggning till en VDR-resistor enligt det första utförandet av uppfinningen av att ZnO-elementet sintras i närvaro av eller i en atmosfär av antimonoxid. Detta sätt gör det följakt- ligen möjligt att bilda en isolerande beläggning med likformiga kristallpartiklar fria från ytporer. Vidare är det enligt sättet enligt uppfinningen ringa försämring i elementets karakteristik.

Därutöver förbättras i hög grad tåligheten för spänningsfall under strömbelastning, glimspänningstålighet eller bågspänningstålighet.

Ett andra föredraget utförande av ett sätt att framställa en VDR- resistor enligt uppfinningen skall nu behandlas. Det i fig 1 och 2 visade sintringskärlet är användbart vid detta utförande. Resistans- elementet 18 framställs på samma sätt som angivits i samband med det första utförandet av uppfinningen. Motsvarande element 18 är utfor- matsom en skiva 40 mm i diameter och 30 mm i tjocklek. 455 143 11 Beläggningsmedlet 20 är så avpassat att molprocent för Sb205 och Bi2O3 väljas som visats i en tabell som råmaterial.

Den används som ett 'beläggningsslam som man erhåller genom att tillsätta en lämplig mängd vatten och tillräckligt blanda den därmed.

Sb203 (mol %) Bi205 (mol %) 1 95 5 2 90 1Û 5 35 15 4 80 20 5 75 25 6 70 5G 7 55 55 B 60 40 Det sålunda erhållna beläggningsmedlet 20 belägges på innerväggen till ett sintringskärl med samma konstruktion som det i fig 1 visade och torkas sedan. (En kvantitet om omkring 2 g av belägg- ningsmedlet 20 belägges i ett sintringskärl vars innervolym är 200 ml). Elementet 18 som innehåller Zn0 som huvudbeståndsdel anbringas i kapseln 12. Kapseln 12 täckas sedan med lockorganet 22 och bringa: därmed dessinre till ett huvudsakligen lufttätt tillstånd.

I detta lufttäta tillstånd sintras elementet 18 i ett temperatur- område från 1ooo°c till 14oo°c (företrädesvis från 11oo°c :in 15oo°c med tanke på eiemenzets elektriska karakterietik).

Antimonoxid och vismutoxid som tjänar som beläggningsxnedel 20 inuti kapseln 12 sublimeras och förångas. Därigenom blir kärlets inre i en atmosfär av antímonoxid och vismutoxid. Dessa ämnen rea- gerar med Zn0-elementet och övrig blandning och liknande på ele- mentets 18 yta. Sålunda bildas en isolerande beläggning med hög resistans på ytan av elementet 18. 455 143 12 Vid ovannämnda reaktion fast kropp - ånga omvandlas Sb203 som valts från Sb203 och Bi205 som belagts i sintringskärlet till Sb204 vid 57000 ochbörjar sublimera vid 920°C. Som resultat blir Sb 205 mycket aktiv då dess temperatur är över 1000°C. Big 03 smälter via e2o°c, varigenom den höga koncentrationen i atmosfären av förångbar mole- kylär blandning innehållande antimonoxid och vismutoxid fyller kärlet vid en temperatur över 1000°C. Ä andra sidan krymper elementet 18 med 40 procent räknat efter volym i ett temperaturområde från 800°C till 100000. Sålunda bildas ZnO och andra kristallinlager såsom nyroklor, Zn2SiO4, Zn2,53Sb0,6704, Bi205, 14 31205-Cr2O3. Bi203 borgar forångas på elementets yta allt eftersom temperaturen stiger. Graden av förångning undertrycks emellertid avsevärt beroende därpå att sintringskapseln är i en atmosfär av Bi2O5.

Sb2O3 i ovanstående atmosfär reagerar med elementet, varigenom Zn2,35Sb°,67O4 bildas på elementets yta. Bi2O3 i atmosfären och elementet påskyndar reaktionen mellan'e1ementet och Sb2O3 i atmo- sfären. Denna förening hopsintras med elementet. Sålunda framställs en VDR-resistor på vilken sidoytans isolerande beläggning har fina och likformiga kristallpartiklar.

Pig 8 och 9 är fotografier av experimentdata och visar ett isole- rande lager som bildats på ytan av elementet som sintrats med an- vändning avettbeläggningsmeåel innehållande Sb205 och Bi2O5, tagna med en röntgenmikroanalysator.

Se fig 81 Där visas att 60 Sb2O5 - 40 Bi205 är belagt, varvid fig BA anger en sekundärøelektronbild, fig 83 - BD anger en karakteris- tisk röntgenbild av respektive Sb, Zn och Bi. Av dessa fotografier finner man att man fått ett sidoytslager som är Bi-rikt på isole- ringsbeläggningen.

Se vidare fig 92 Där visas att 80 Sb2O3 - 20 Bi2O5 är belagt, var- vid fig 9A visar en selnmdärelektronbildptïigß - 9D anger en karak- teristisk röntgenbild av respektive Sb, Zn och Bi. 455 145 13 Ehuru ej visat i fig 8, så bildas beläggningen, som framgår av den i fig 15 visade röntgendüfraktionsprofilen, med spinell Zn2,33SbO,67O4. En ringa mängd 31203 är inblandad däri.

Denna spinell innehåller Co, Mn och Cr som förefinns i elementet under det villkor att de är i fast lösning däri. Detta avgör om den spinell som bildas på ytan av elementet under sintringen rea- gerar tillräckligt. Vidare är det fastställt genom en ej visad karakteristisk röntgenbild från en annan röntgenmikroanalysator att Co, Mn, Cr och Si är i fast lösning.

Fig 10 visar en kurva som återger kemiska analysdata av Bi2O5 i det element som erhållits ge_nom att sintra elementet 18. Som visat i figuren är det tydligt att förstoftningen av Bi205 från elementet undertrycks genom beläggningen av Bi203.

Fig 11 visar ett diagram som ger en elektrisk karakteristík då man framställer elementet i sintringskärlet genom att variera bland- ningsförhållendet mellan Sb2O5 och Bi2O5 som skall beläggas varvid o utmärker 0,1 mlnuml, A utmärker v2,5kA/v1 mA och x utmärker :ålig- het för spänningsfall under strömbelastning ( 4 x 10 fm _ två gånger). Då mängden 31205 minskar, minskar 0,1 nde-nl medan V2,5kA/V1mA ökar och sänker därmed tåligheten för spänningsfall under strömbelastning. Man får räkna med att deras karakteristíka 3 Fig 12 visar ett diagram som återger sambandet mellan mängden Bi205 och tjockleken av isoleringslagret bildat på sintringselementet. Därvid plötslig: andras då. 12120 är mindre än ao moi-så. utmärker beteckningen A tjockleken hos ett isoleringslager som bildats medelst beläggningsmêåêl innehållande Sb och Bi2O3 och 0 beteckningen B utmärker tjockleken hos ett isolešiâgslager som bildats medelst ettbeläggningsmedel som enbart innehåller Sb2O3.

Som framgår av figuren blir isoleringslagret tjockare allt efter- som mängden Bi2O5 ökar. Speciellt ökar, tills mängden Bi2O5 är 20 mol-%, tjockleken hos isoleringelagret lineärt. Då mängden Bi2O3 är över 50 mol-%, bildas emellertid ett Sb-Bi-Zn-O-oxidlager på . Som resultat deltar Bi2O5 inte i SbO,6704-fasen (spinell). utsidan av Zn2,55Sbo,67O4 bildningsreaktionen för Znz 55 9 455 143 14 Fig 15 visar ett schema över ett förfarande for att bilda ett iso- leringslager då. mängden Bi205 är mindre än 20 mol-fiå. Som framgår av fig 15 förângas 131205 och undertrycker därmed Bi fullständigt från beläggningsmedlet 20 203 som förångas från elementet 18. Bi2O3 påskyndar bildningen av den spinellfas 124 som bildas genom reaktion fast ämne - ånga mellan SbzOñ ochZnO-komponenten i Zno-elementein Fig 14 visar ett schema över ett förfarande fór att bilda isole- ringslagret då mängden Bi203 är över 50 mol-fjš, Eftersom Biaüö före- finns i överskott blir Bi203 mättad. Sålunda bildas oxidmaterialet 126 med Sb-Bi-Zn-O på. spinellfasen 124. I detta fall bidrar denna bildning inte till bildningen av spinellfasen. Biaüš blir över i beläggninggmedlet 20. Fig 15 visar en karakteristisk kurva som återger en röntgendšffiaktionsprofil hos ett isoleringslager som bildat-ß medelst det andra utförandet av uppfinningen.

Ovannämnda andra utförande enligt uppfinningen kännetecknas av att blandningen av Sbzüš och 135.203 belägges på innerväggen av kärlet som innehåller elementet somett beläggningsnedel och att ZnO-ele- mentet sintras i närvaro av Sb203 och 131203 och elementet därmed framställs. Följaktligen blir Bi205 svår att förånga från ZnO- elementet, vilket gör det möjligt att framställa en VDR-resistor med gynnsamma elektriska karakteristika, såsom god tålig-het för spänningsfall under strömbelastning.

Atmosfären av Bi2O5 påskyndar bildning av ett isoleringslager.

Följaktligen ger detta möjlighet att lätt bilda ett isoleringslager med hög resistans i ett temperaturområde för att sintra elementet.

I jämförelse med beläggning med en epoxiplast har isoleringslagret goda elektriska karakteristika upptagna i elementet, vilket därmed gör det möjligt att framställa elementet med samma karakteristika som man får genom att belägga med ett oorganiskt sidoytsmedel och sintra det. Förstoftning av vismutoxid från ZnO-elementet under- trycks, vilket därmed gör det möjligt att framställa ett likformigt element. 455 143 15 Som framgår av föregående beskrivning kännetecknas ett sätt att framställa en VDR-resistor enligt det andra utförandet av uppfin- ningen av att ZnO-elementet sintras i närvaro av en blandning av antimonoxid och vismutoxid, vilket därmed gör det möjligt att bilda ett isoleringslager med fina och likformiga kristallpartiklar som är tätt packade med elementet. Sättet enligt detta utförande gör det möjligt att åstadkomma en VDR-resistor vars elementkarakteris- tika inte försämras och som har förbättrad spänningslinearitet och elektriska karakteristika. föredragna Det tredje/utförandet av ett sätt ett framställa en von-register enligt uppfinningen skall nu behandlas. Det i fig 1 och 2 visade sintringskärlet är användbart vid detta utförande. Resistansele- mentet 18 framställs på samma sätt som angivits i samband med det första utförandet av uppfinningen. Det sålunda erhållna elementet 18 är utformat som en skiva 40 mm i diameter och 50 mm i tjocklek. ßeläggningemealet evpessee sa ett aen innehåller 31203 (5-60 vikt-%). sbzoš (5-60 vikt4%) een sioz (1-50 vikt-%) sem råmaterial. Därefter blandas den hopslagna mängden tillräckligt med användning av vatten för att bilda ett beläggningsslam. Detta beläggningsmedel belägges på innerytan av kapseln 12 som tjänar som det i fig 1 och 2 visade sintringskärlet eller av ett hjälpdon 24 och torkas sedan.

Elementet 18 som innehåller ZnO som huvudbeståndsdel anbringas 1 kapseln 12. Kapseln 12 täckes med ett lockorgan 22 och får därmed dess inre att bli huvudsakligen lufttätt. I detta lufttäta till- stånd och då elementet sintras i ett temperaturområde från 1000°C till 14oo°c (företrädesvis från 11oo°c t111 13oo°c med tanke på elementets elektriska karakteristik), reagerar den blandning som belagts i kapseln 12. Som resultat kommer den framställda bland- ningen att delvis förångas och förstoftas med det resultat att at- mosfären blir fylld.med dessa metalloxider som därigenom reagerar som ånga - fast kropp med ZnO som förefinns på ytan av elementet 18 eller övrig blandning. Sålunda bildas ett isoleringslager med hög resistans på ytan av elementet 18.

Vid den ovanstående reaktionen ånga - fast kropp omvandlas Sb20 vald från Bi205, Sb205 och Si02 till Sb2O4 vid 570°C och börjar sublimera vid omkring 92000. Då temperaturen är över 100000 blir 5 455 143 16 Sb2O4 aktiv. Bi2O3 smälter vid 820°C. Den höga koncentrationen i atmosfären av antimonoxid och vismut_oxid fyller upp sintrings- kärleto Det påpekas här att smältpunkten för Si02 är mycket högre än den hos andra material och dess förångningstryck är lågt. Följaktligen kommer, i samband med Si02 samtidigt med sublimering av Sb203 och förångning av Bi2O5, SiO2 att förstoftas och sedan framkomma till ytan av elementet 18 och reagera därpå.

Elementet 18 krymper med 40 procent räknat efter volym vid ett temperafurområae från soo°c :in 1ooo°c. som resultat bildas kris- tallinlager innehållande till exempel Zn2Si04, pyroklor, Zn2,35SbO,67O4, Bi203 eller 14 Bi203 - Gr203 utöver ZnO. Bi205 som ingår i ytan av elementet börjar förångas allt eftersom temperaturen stiger.

Graden av förångning undertrycks emellertid avsevärt beroende på den atmosfär av Bi203 som framställs i sintringskärlet. Sb204, Bi 0 och Si02 i atmosfären reagerar med elementet och börjar därmed 2 5 att bilda Zng,55Sbo,6704 eller Zn2Si04 på dess yta. När temperaturen är över 1000 C, kommer Zn Sb 6 O som bildats på elementets 2135 0, 7 4 sidoyta, Zn2SiO och SiO2 som är försatta i reagerat tillstånd, att 2 som diffunderar från elementets inre och bildar reagera med Zn ärigenom Zn2,55Sb0,6704, Zn2Si04 och Bi2O5. Dessa föreningar bildas tillsammans med elementet 18. Eftersom Bi205 förefinns i flytande tillstånd under sintringen kommer den därigenom att påverka sint- ringsreaktionen mellan elementet och det under bildning varande iso- leringslagret att fortgå likformigt. Därigenom kommer isoleringslag- ret att få fina och likformiga kristallpartiklar fria från ytporer och med en tjocklek av 40 - SOAL. Som resultat är det lager som bildatxpå elementets sid0yta kristallinfas innehållande Zn Si0 2 4 och Zn2'35Sbo,67O4.

Fig 16A - 16H är fotografier som vardera illustrerar ett tillstånd hos ett isoleringslager som bildats på ytan av elementet liksom tidigare upptagna med en röntgenmikroanalysator. Fig 16A och 163 är fotografier som vardera återger en sekundärelektronbild, varvid skalan i fig 163 är två gånger så stor som den i fig 16A. Fig 160 - 455 143 17 16H är fotografier som vardera återger en karakteristisk röntgen- bild av Sb, Si, Bi, Zn, Mn och Co. Som framgår av fig 16 ooh 19 är isoleringslagret så utformat att Zn2,35Sb0'6704 och Zn2Si04 ingår som huvudsakliga beståndsdelar och dess tjocklek är 40 - 50;4.

Fig 17 ooh 18 är kurvor som vardera visar linjeanalysdata av ett genom sintring bildat element upptagna med röntgenmikroanalysator.

Nummer 5 Zn 10 K som syns upptill till höger i figuren utmärker till exempel 10 Kops (kiloräkningar per sekund) av Zn i full skala.

Som visat i fig 17 förefinns vid sidoytans isoleringslagerparti (II) en stor kvantitet Sb ooh Zn och en liten kvantitet Mn. Av detta finner man att Zn ooh Mn diffunderar från insidan av elementet (I) till lagret och går sedan i fast lösning däri.

Vidare finner man av fig 18 att det förefinns Si och Bi i lagret.

(III) utmärker ett format parti. Dess tjocklek är omkring 40 - 50 ,u. I den spinell som bildats på elementets sidoyta är Co, Mn och Cr som förefinns i elementet i fast lösning. I Zn2Si04 är Co ocn Mn i fast lösning. Av dessa data erfar man att den spinell ooh Zn2Si04 som bildar på ytan under sintringen till- räokligt reagerar med elementet.

Som framgår av den i fig 19 visade röntgendfifraktionsprofilen är isoleringslagret så utformat att det innehåller Zn2,33Sb0,67O4 (spinell) och Zn2SiO4 som en mätkomponent. I figuren utmärker sp en spinn (znzßšsboß7o4) och zs utmärker ett rinksiiixat (znzsioár).

Fig 20 är ett diagram som visar en elektrisk karakteristik som elementet upptar då det formade elementet sintras i sintringskär- let genom att variera blandningsförhållandet mellan Sb203, Bi2O3 och SiO2. I figuren betecknar x AY1mA/V1mA och o betecknar tålig- het för spämingsfali (4 r 10 fis, tva gånger) Man rinner att táligheten för spänningsfall sjunker allt eftersom mängden Bi2O3 och Si02 ökar. 455 143 18 Enligt det tredje utförandet framställs elementet i stegen att be- lägga blandningen.som innehåller Sb203, Bi2O5 och SiO2 på innerytan av sintringskärlet somett beläggningsmeåel och sintra ZnO-elementet i atmosfären.av Sb205 och Bi205 och därigenom åstadkomma elementets framställning. Av detta skäl är Bi2O3 svår att få förångad från Zn0-elementet. Följaktligen blir det härigenom möjligt att fram- ställa en VDR-resistor med god icke-lineär VI-karakteristika, speciellt goda elektriska karakteristika, såsom tålighet för spän- ningsfall under strömbelastning. Eftersom Bi2O5 påskyndar bildningen av ett isoleringslager, blir det möjligt att bilda ett isoleringe- lager av hög resistans på elementets sidoyta i det sintringstempe- raturområde som är lämpligt för elementet.

Isoleringslagret har i jämförelse med beläggningen av epoxiplast goda elektriska karakteristika, såsom glimspänningstålighet eller bågspänningstålighet. Vidare har det samma karakteristika som ett som framställts genom att belägga och sintra ett oorganiskt sidoyts- medel.

Då förstoftningen av Bi2O3 från Zn0-elementet är undertrygkt blir det därigenom möjligt att framställa ett likformigt element. Följ- aktligen är det möjligt att erhålla ett isoleringslager i vilket elementet och isoleringslagret är tätt packade. Isoleringslagret har fina och likformiga kristallpartiklar fria från ytporer. Det är tillräckligt att sintra Zn0-elementet i atmosfären av metalloxid.

Följaktligen är det obehövligt i jämförelse med sättet att belägga med en oorganisk sidoytspasta att fästa avseende vid kontraktions- förhållandet mellan elementet och den oorganiska sidoytspastan, vilket därmed gör det lätt att erhålla en sidoytsisolering med hög resistans_Ehär man utelämnar försintringssteget för elementet, för- enklas framställningssteget för elementet så att man minskar dess kostnad.

Som framgår av det föregående kännetecknas ett sätt att framställa en VDR-resistor enligt det tredje utförandet av uppfinningen av att ZnO-elementet sintras i en blandningsatmosfär som innehåller vis- mutoxid, antimonoxid och kiseloxid. Detta gör det möjligt att bilda 455 143 19 ett isoleringslager med fina och likformiga kristallpartiklar.

Detta gör det vidare möjligt att åstadkomma att elementet och iso- leringslagret är tätt packade. Vidare är det möjligt att fram- ställa en VDR-resistor som inte undergår försämring i sin karak- teristik, med förbättrad icke-linearitet för spänningen och för- bättrad elektrisk karakteristik.

Ehuru flera föredragna utföranden av uppfinningen har illustrerats och beskrivits, är det för fackmannen tydligt att många ändringar och variationer kan göras utan att man frångår uppfinningens huvud- tanke och omfång. Uppfinningen skall följaktligen endast anses be- gränsad genom bifogade patentkrav.

Claims (7)

455 143 20 Patentkrav

1. Sätt att framställa en icke-linjär, spänningsberoende resistor som är bildad av ett fast element (18) som inne- fattar zinkoxid som huvudbeståndsdel, k ä n n e - t e c k n a t av följande steg: a) placerande av nämnda element (18) i en atmosfär av en gasformig molekylär blandning inuti ett sintringskärl (12): och b) sintrande av nämnda element i atmosfären av den gas- formiga molekylära blandningen, varvid en kemisk reaktion äger rum mellan beståndsdelar i den gasformiga molekylära blandningen och det fasta elementet och ett av den kemiska reaktionens produkt bildat elektrisktisolerande lager bildas på elementets sidoyta.

2. Sätt att framställa en icke-linjär, spänningsberoende resistor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den gasformiga molekylära blandningen innehåller en antimonoxid.

3. Sätt att framställa en icke-linjär, spänningsberoende resistor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den gasformiga molekylära blandningen innehåller en antimonoxíd och en vismutoxid.

4. Sätt att framställa en icke-linjär, spänningsberoende resistor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den gasformiga molekylära blandningen innehåller en antimonoxíd, en vismutoxid och en kiseloxid.

5. Sätt att framställa en icke~linjär, spänningsberoende resistor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda placerandesteg innefattar placerande av elemen- tet (18) på ett av en zinkoxid innehållande blandning 455 143 21 bildat bäddorgan (16) hos sintríngskärlet (12).

6. Sätt att framställa en icke-linjär, spänningsberoende resistor enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att det av en zinkoxidblandning bildade bäddorganet (16) innefattar ett mellan elementet (18) och ett basorgan (14) hos sintríngskärlet (12) anordnat granulerat pulver.

7. Sätt att framställa en icke-linjär, spänningsberoende resistor enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att sintringskärlet (12) inkluderar ett av zinkoxid bildat bäddorgan (26) för förhíndrande av bildandet av en iso- lerande beläggning pà den övre ytan hos elementet (18).