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DE3018595C2 - Spannungsabhängiger Widerstand und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Spannungsabhängiger Widerstand und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number
DE3018595C2
DE3018595C2 DE3018595A DE3018595A DE3018595C2 DE 3018595 C2 DE3018595 C2 DE 3018595C2 DE 3018595 A DE3018595 A DE 3018595A DE 3018595 A DE3018595 A DE 3018595A DE 3018595 C2 DE3018595 C2 DE 3018595C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
oxide
starting material
mol
varistors
Prior art date
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Expired
Application number
DE3018595A
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English (en)
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DE3018595A1 (de
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Noboru Yokohama Ichinose
Kiyoshi Minami
Yamagata Nagai
Yoshikazu Ayase Kanagawa Tanno
Yuji Yokomizo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marcon Electronics Co Ltd
Original Assignee
Marcon Electronics Co Ltd
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority claimed from JP54066128A external-priority patent/JPS589565B2/ja
Priority claimed from JP54066127A external-priority patent/JPS589564B2/ja
Priority claimed from JP54066126A external-priority patent/JPS589563B2/ja
Application filed by Marcon Electronics Co Ltd, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Marcon Electronics Co Ltd
Publication of DE3018595A1 publication Critical patent/DE3018595A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3018595C2 publication Critical patent/DE3018595C2/de
Expired legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/105—Varistor cores
    • H01C7/108—Metal oxide
    • H01C7/112—ZnO type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
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    • Y10T29/49082—Resistor making

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen spannungsabhängigen Widerstand nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs I sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Widerstands.
Ein derartiger spannungsabhängiger Widerstand ist aus der DF-OS 20 21 983 bekannt.
Ein spanniingsabhängiger Widerstand oder Varistor besitzt nichtlinearc Spannung Strom-Eigenschaften, d.h. sein Widerstand sinkt abrupt bei Erhöhung der angelegten Spannung, so daß der Strom scharf ansteigen kann, und absorbiert eine unnormal hohe Spannung bzw. stabilisiert diese, weswegen er sich in elektrischen Schaltungen der verschiedensten Arten zum Eiinsatz bringen läßt".
Typische Widerstände mit nicht-linearer Spannungskerinlinie sind SiC-. Si- und Se-Varistoren. Weitere typische Widerstände mit nichl-linearer Spunnungskcnnlinic sind auf Kupfer!l)-oxid und Zinkoxid basierende Sinterkörper-Varistoren. Einen SiC-Varistor erhg't man durch Sintern von SiC-Teilchen eines Durchmessers von ΙΟΟμπι unter Verwendung eines keramischen Bindemittels. Ein SiC-Varistor kann eine relativ hohe Spannung aushalten. Da er jedoch nicht genügend dünn gemacht werden kann, läßt er sich nicht als Niederspannungselement einsetzen. Ein Si-Varistor beruht aaf einem in einem Siliciumsubstrat gebildeten p-n-Übergang. Ein solcher Varistor arbeitet auch gut als Niederspannungselement. Seine Verwendung ist jedoch begrenzt, da seine Spannung/Strom-Eigenschaften nicht frei einstellbar sind. Se-Varistoren und auf Kupfer(I)-oxid basierende Sinterkörper-Varistoren zeigen ihre Spannung/Strom-Jiigenschaften am Übergang ihrer Oberflächen zu einer Metallschicht. Ihre Spannung/Strom-Eigenschaften sind jedoch nicht wie bei Si-Varistoren frei steuerbar.
Im Gegensatz dazu besitzen auf ZnO basierende Sinterkörper-Varistoren, insbesondere diejenigen, die als Verunreinigungen Bi2O3, CoO und Sb2O3 jeweils in
2ö einer Menge bis zu !0 Moi-% enthalten, eine Spannung Strom-Kennlinie, die in bezug auf die Null-Volt-Achse symmetrisch ist. Diese Varistoren zeigen gute Spannung Strom-Eigenschaften, die durch Ändern ihrer Dicke steuerbar sind. Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften finden auf ZnO basierende Sinterkiirper-Varistoren immer mehr Beachtung. Die bekannten Varistoren dieser Art lassen jedoch immer noch zu wünschen übrig. Ihre Spannung/Strom-Eigenschaften schwanken aufgrund äußerer Einflüsse z.B. Stromstoß. Gleichstrombelastung und Temperatur Feuchtigkeits-Zykius. stark, und zwar insbesondere in negative Richtung, d.h. sie werden zu negativen Widerständen.
So ist beispielsweise der DE-OS 20 21983 ein spannungsunabhängiger Widerstand entnehmbar, der im wesentlichen aus Zinkoxid als Hauptbestandteil und aus einem Fluorid bestimmter Elemente besteht und dessen Spannung, Strom-Eigenschaftep stark in negativer Richtung schwanken. Weiterhin ist in w^r DE-AS 17 65 097 ein spannungsabhängiger Widerstand aus einer gesinterten Scheibe aus Zinkoxid beschrieben, bei dem die Spannungsabhängigkeit aber auf einer Sperrschicht zwischen der gesinterten Scheibe und einer Silberelektrode besteht. Aus der DE-AS 24 13485 ist ein gesintertes Keramikmaterial mit einer aufgrund seiner Zusammensetzung nicht-linearen Spannungscharakteristik bekannt, das als Grundkomponente Zinkoxid und als Zugabe Lanthan. Kobalt und Terbium enthält und in der Luft bei Temperaturen zwischen 1200° C und 1400° C gesintert wird. Die DE-AS 1802 452 beschreibt ebenfalls einen im wesentlichen aus Zinkoxid bestehenden Sinterkörper für einen nicht-linearen Widerstand, wobei als Zuschlagstoffe unter anderem Kobaltoxid. Eisenoxid und Nickeloxid verwendet werden. Schließlich ist noch aus der DE-AS 19 61 680 ein spannungsabhängiger Widerstand bekannt.
der als Zuschlagstoff in einer im wesentlichen aus Zinkoxid bestehenden Platte unter anderem Zirkonoxid enthält.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen stabil und zuverlässig arbeitenden, eine symmetrisch
bO nicht-lineare Spannlingskennlinie aufweisenden Widerstand in Form eines Sinterkörper-Varistors auf ZnO-Basis. der auch bei äußeren Einflüssen nicht zum negativen Widerstand wird, zu schaffen sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Widerstands anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem spannungsabhängigen Widerstand nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 erfindungsgemäß durch ciie in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Widerstandes sind in den Patenansprüchen 2 bis 5 angegeben, während die Patentansprüche 6 und 7 zweckmäßige Verfahren zur Herstellung eines solchen Widerstands beschreiben.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen.
Fig. 1 bis 4 graphische Darstellungen der Eigenschaften verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Widerstands und einiger Vergleichswiderstände.
Im folgenden werden zunächst die für die Herstellung des erfindungsgemäßen Widerstands verwendeten Ausgangsmaterialien und die Bedingungen beim Sintern dieser Ausgangsmaterialien näher erläutert.
Die Ausgangsmaterialien enthalten als »Verunreinigungen« zwei Zuschläge. Der erste Zuschlag besteht aus Nickeloxid (NiO). der zweite aus Zirkonoxid (ZrO2), Yttriumoxid (Y3O3). Hafniumoxid (HfO2) und/oder Scandiumoxid (Sc2Oj). Sowohl der erste als auch der zweite »verunreinigende« Zuschlag gelangt in einer Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht des <\usgangsmaterials. von 0.01 bis lOMoI-% zum Einsatz. Wenn die ί·ι-schläge in einer Menge außerhalb des angegebenen Bereichs zum Einsatz gelangen, erhält man keinem nichtlinearen Widerstand hoher Zuverlässigkeit. Vorzugsweise sollten die ersten und zweiten Zuschläge jeweils in einer Menge von 0.5 bis 1 Mol-% verwendet werden.
Anstelle der genannten Metalloxide können als erste und zweite Zuschläge auch deren Vorläufer in der gleichen Menge, nämlich in einer Mengen von 0.01 bis 10 Mol-%. zum Einsatz gelangen. Unter »Vorläufer« sind Verbindungen zu verstehen, die unter den später eingehaltenen Sinlerbedingungen in die entsprechenden Metalloxide übergehen. Solche Vorläufer sind beispielsweise Metallcarbonyle. Metalloxalate und dergleichen.
Neben den genannten ersten und zweiten verunreinigenden Zuschlagen und Zinkoxid (ZnO) enthält das Ausgangsmaterial auch noch metallisches Zink (Zn). Dieser ist von großer Bedeutung. Metallisches Zink geht beim Sintern des A'isgangsmaterials in ein Oxid über. Das metallische Zink gelangt in einer Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht des Ausgangsmaterials, von 0.01 bis 10 Mol-% /um Einsat/. Wenn seine Menge außerhalb des angegebenen Bereichs liegt, erhält man keinen Widerstand hoher Zuverlässigkeit. Vorzugsweise sollte die Menge an metallischem Zink 3 bis 6 Mol-% betragen.
Das Ausgangsmaterial kann ein seltenes Erdeelement. z. B. C'er (Ce) und Praseodym (Pr). in einer Menge bis zu 0.5 Mol-% enthalten. Wenn das Ausgangsmaterial ein seltenes Erdeelement enthalt, lassen sich die nicht-linearen Eigenschaften des erhaltenen Sinlerkörper-Varistors verbessern. Darüber hinaus läßt sich der Widerstandswert des Varistors steuern.
Der Rest des jeweiligen Ausgangsmateruls besteht aus Zinkoxid
Bei der Herstellung von Varistoren unter Verwendung eines Ausgangsmaicruls der beschriebenen Zusammensetzung werden die verschiedenen Komponenten des Ausgangsmaterials, die in Pulverform vorliegen, gründlich miteinander gemischt Erforderlichenfalls wird dem Gemisch ein Bindemittel, wie Polyvinylalkohol, zugesetzt und mit diesem gut gemischt. Dunach wird das Gemisch unter vorgegebenem Druck geformt. Der aus dem Gemisch geformte Körper wird in der Regel an Luft bei einer Temperatur von etwa I 100° C oder mehr, üblicherweise jedoch nicht über 1200° C, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwz 1150° C bis 1200° C. etwa 2 bis 4 Ii hing gesintert. In der Regel erfolgt das Sintern ohne Annlikation eines Drucks. Der Körner kann dick oder dünn sein, so daß er die gewünschten Spannung/Strom-Eigenschaften erhält. Der nach dem Sintern erhaltene Sinterkörper zeigt eine symmetrische, nicht-lineare Spannungskennlinie, die sehr stabil und zuverlässig ist. Insbesondere wird der erhaltene Sinterkörper auch bei Einwirkung äußerer Faktoren oder Einflüsse, z.B. einem Stromstoß, einer Gleichstrombelastung und einem Temperatur/Feuchtigkeits-Zyklus, nicht zum negativen Widerstand.
Die erhaltenen Sinterkörper werden auf beiden Hauptseiten mit beispielsweise einer Silberpaste beschichtet und danach erwärmt, so daß die Silberpaste an den Körpern haften bleibt. Hierbei werden Elektroden gebildet. Andererseits können auf dem Sinterkörper entweder
is durch Aufsprühen oder Bedampfen auch Aluminiumelektroden ausgebildet werden. Mit Elektroden versehen, stellen die Sinterkörper nicht-lineare Widerstände hoher Zuverlässigkeit dar.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Beispiel 1
Es werden die verschiedensten Ausgangsmaterialien hergestei't. Jedes von ihnen enthält 3 Mol-% metallischen Zinks, 0.1 bis 10 Mol-% Nickeloxidpulver. 0.1 bis 10 Mol-% Zirkonoxidpulver und zum Rest Zinkoxidpulver. Die verschiedenen Bestandteile werden gründlich miteinander gemischt. Danach werden die Ausgangsmateriaiien zu Scheiben eines Durchmessers von 20 mm und einer Stärke von 1 mm ausgeformt. Die erhaltenen Scheiben werden an Luft bei einer Temperatur von 11000C oder mehr gesintert. Schließlich werden die erhaltenen scheibenförmigen Sinterkörper auf beiden Oberflächen mit einer Silberpaste beschichtet und danach erwärmt, um den Film aus der Silberpaste an den Sinterkörpern zum Haften zu bringen. Hierbei erhält man Widerstände mit nicht-linearer Spannungskennlinie.
Die Spannung Strom-Eigenschaften der Widerstände werden gemäß folgender Gleichung:
-GT
bestimmt. In der Gleichung bedeuten:
C = einen Koeffizienten und
ι = einen nicht-linearen Koeffizienten.
Je größer -x ist, desto besser sind die nicht-linearen Eigenschaften.
Die Eigenschafter; eines Varistors lassen sich durch seinen Koeffizienten 2 und die Spannung Vx bei 1 itiA d. h. die ansteigende Spannung, anstelle von C wiedergeber V\jnn der für die Spannung Vx jedes Widerstandselements größtmögliche Wert * graphisch darges'ellt wird, erhält man eine in Fig. 1 dargestellte charakteristische Kurve bzw. Kennlinie.
Es werden auch drei Vergleichselemente hergestellt. Das erste Vergleichselement besteht aus einem Zn(J NiO ZrO2-System. das sich von dem oben genannten
bö Aüsgangsmatefial lediglich darin Unterscheidet, daß das metallische Zink durch Zinkoxid ersetzt is'. Das zweite Vergleichselement besteht aus einem ZnO NiO-System. das sich von dem oben genannten Ausgungsmaterial lediglich darin unterseil' idet. daß das metallische Zink und
b5 Zirkonoxid durch Zinkoxid ersetzt sind. Das dritte Vergleichselement besteht aus einem ZnO ZrO2-System. das sich von dem oben genannten Ausgangsmatcri.il lediglich darin unterscheidet, daß das metallische Zink und
Nickeloxid durch Zinkoxid ersetzt sind. Das erste, weite und dritte Vergleichselement liefern die in Fig. I eingetragenen charakteristischen Kurven />. c und </.
Beispiel 2
Entsprechend Beispiel I werden verschiedene Widerstände hergestellt, wobei jedoch das Ausgangsmalerial anstelle von Zirkonoxids (ZrO,) Yttriumoxid (Y,O,) enthalt. Diese Widerstände /eigen nicht-lineare Spannungskennlinien, wie sie durch Kurvet1 in Fig. 2 dargestellt sind. Die Kurven /. g und /ι in Fig. 2 zeigen die nicht-linearen Spanntingskennlinien von Vergleichselementen aus einem ZnO NiO Y,O,-System, einem ZnO NiO-System bzw. einem ZnO V,O,-System.
Beispiel 3
Entsprechend Beispiel 1 werden verschiedene Wider- >tände hergestellt, wobei jedoch das Ausgangsnuiterial anstelle von Zirkonoxid (ZrO,) Hafniumoxid (HfO2) enthält. Diese Widerstände zeigen nicht-lineare Spannungskennlinien, wie sie durch Kurve/von Fig. 3 dargestellt sind. Die Kurven /. A' und / in Fig. 3 zeigen die nicht-linearen Spannungskennlinien von Vergleichselementen aus einem ZnO NiO HfO,-System, einem ZnO NiO-Svstern bzw. einem ZnO IIfO,-System.
Tabelle I
Herstellung der
Elektroden
Dicke der Varistoren (in mm) 0.5 1.0 2.0 0.5 1.0 2.0
Beispiel 4
Entsprechend Beispiel 1 werden verschiedene Widerstände hergestellt, wobei jedoch das Ausgangsmaterial anstelle von Zirkonoxid (ZrO,) Scandiumoxid (Sc2O,) enthält. Diese Widerstände zeigen nicht-lineare Spannungskenniinien. wie sie sich aus Kurve m von Fig. 4 ergeben. Die Kurven η. ο und ρ in Fig. 4 zeigen die nicht-linearen Spannungskenniinien von Vergieichseiemenien aus einem ZnO NiO Sc,O,-System, einem ZnO NiO-System bzw. einem ZnO Sc2O1-SyStCm.
Die fig. I his 4 zeigen, daß die Varistoren nach der Erfindung mit derselben Art von Zuschlagen unabhängig vom jeweiligen Wert der Spannung F1 praktisch denselben Varistorkoeffizienten 1 aufweisen. Im Gegensatz dazu -.chvviinken bei den Vergleichselementen die Koeffizienten 2 entsprechend der Spannung Γ.
Die folgenden Beispiele 5 bis 8 zeigen, daß man bei den Varistoren nach der Erfindung die Spannung Strom-Eigenschaften dur^h Andern ihrer Dicke einstellen kann.
40
45
50
Beispiel 5
Entsprechend Beispiel 1 werden unter Verwendung eines Ausgangsmaterials mit 0.5 Mol-% Nickeloxid. 0.75Mol-% Zirkonoxid. 4.0Mol-% metallischen Zinks und zum Rest Zinkoxid verschiedene scheibenförmige Varistoren jeweils eines Durchmessers von 20 mm. einer Stärke von 0.5 mm bzw. 1.0 mm bzw. 2.0mm hergestellt. Einige der scheibenförmigen Varistoren werden mit einer Silberpaste beschichtet und danach erwärmt, um den Film aus der Silberpaste zur Ausbildung von Elektroden an den Sinterkörpern zum Haften zu bringen. Andere Varistoren erhalten durch Aufsprühen bzw. Aufdampfen Aluminiumelektroden. Sämtliche erhaltenen Varistoren werden zur Ermittlung ihrer nicht-linearen Spannungskennlinien getestet, wobei die in der folgenden Tabelle I aufgeführten Ergebnisse erhalten werden:
94 188 28 28 27
93 185 28 28 28
94 187 28 28 27
Beschichten mit einer
Silberpaste 41 80 160 28 29 30
Besprühen mit Al 43 82 162 28 28 29
Bedampfen mit Al 42 81 161 28 28 2"
Beispiel 6
Entsprechend Beispiel 5 werden unter Verwendung eines Ausgangsmaterials entsprechender Zusammensetzung, das jedoch anstelle des Zirkonoxids Yttriumoxid enthält, verschiedene scheibenförmige Varistoren derselben Größe und verschiedener Dicke hergestellt. Die erhaltenen Varistoren werden zur Ermittlung ihrer nichtlinearen Spannungskenniinien getestet, wobei die in der folgenden Tabelle 11 aufgeführten Ergebnisse erhalten werden.
Tabelle II
Herstellung der Dicke der Varistoren (in mm)
Elcktrojen 0.5 1.0 2.0 0.5 1.0 2.0
I1(I-) -i
Beschichten mit einer
Silberpaste 48
Besprühen mit AI 47
Bedampfen mit Al 48
Beispiel 7
Entsprechend Beispiel 5 werden unter Verwendung eines Ausgangsmaterials entsprechender Zusammensetzung, das jedoch anstelle des Zirkonoxids Hafniumoxid enthält, verschiedene scheibenförmige Varistoren derselben Größe und verschiedener Dicke hergestellt. Die erhaltenen Varistoren werden zur Ermittlung ihrer nicht-linearen Spannungskenniinien getestet, wobei die in der folgenden Tabelle III aufgeführten Ergebnisse erhalten werden.
Tabelle III
HerstellunE der Dicke der Varistoren (in rar)
Elektroden 0.5 1.0 2.0 0.5 1.0 2.0
F, (Ό *
Beschichten mit einer
Silberpaste 38 76 152 30 31 31
Besprühen mit Al 39 78 155 29 30 30
Bedampfen mit Al 39 76 153 30 31 30
Beispiel 8
Entsprechend Beispiel 5 werden unter Verwendung eines Ausgangsmaterials entsprechender Zusammensetzung, das jedoch anstelle des Zirkonoxids Scandiumoxid enthält verschiedene scheibenförmige Varistoren derselben Größe und verschiedener Dicke hergesieüt. Die erhaltenen Varistoren werden zur Ermittlung ihrer nichtlinearen Spannungskenniinien getestet, wobei die in der folgenden Tabelle IV aufgeführten Ergebnisse erhalten werden.
Tabelle IV
lleiMellung if er
Dicke iler Varistoren (in mm).
0.5 I.Ii 2.0 0.5 1.0
2.0
I1(I)
Beschie1, cn mit einer
Silberpastu 46 90 ISO 24 24 23
Besprühen mit Λ! 46 92 I S3 24 23 23
Bedampfen mit Al 45 91 IS2 2<f 24 23
I in die l'olantätseigenschaften der erfindungsgeiiiiil.len Varistoren. d.h. die SiromstoUeigensehaflen. die (ileichslronibelasluiigseigenschaften und die Temperatur Fcuchtigkeils-Zykluseigenschaflen. zu belegen, werden in den folgenden Beispielen 9 bis 12 unter Verwendung veisciiiedeiier gj
Varistoren mit I1 = 200 V hergestellt.
Beispiel 9
I nier Verwendung eines Ausgangsmuterials mit I.OVIol-% Nickeloxid', I.OMol-% Zirkono.xid. 3.0 VIoI-% metallischen Zinks und zum Resl Zinkoxid werden verschiedene Varistoren hergestellt.
Beispiel 10
Unter Verwendung eines Ausgangsmaterials mit 0.5Vtol-% Nickeloxid. 0.75 Vlol-% Yttriumoxid. 5.0Mo!-% metallischen Zinks und zum Rest Zinkoxid werden verschiedene Varisioicn hergestellt.
25
Beispiel 1 1
Inter Verwendung eines Ausgangsmaterials mit 0.5 Vlol-% Nickeloxid. 1,0 Vlol-% Hafniumoxid. 4.0 Vlol-% metallischen Zinks und zum Rest Zinkoxid werden verschiedene Varistoren hergestellt.
Beispiel I 2
I nter Verwendung eines Ausgangsmaterials mit 0.75 Vlol-% Nickeloxid. 1.0 Vlol-% Scandiumoxid. 3.5 Vlol-% metallischen Zinks und zum Rest Zinkoxid werden verschiedene Varistoren hergestellt.
An die Varistoren der Beispiele 9 bis I 2 wird lOOOOmal ein SioUstrom von 500 A angelegt, wobei die Stromstoßeigenschaften der einzelnen Varistoren, d.h. die Änderung der Spannung Γ, in positiver und negativer Richtuni:, aulue/eichnet werden. Ferner werden die Varistorcn'bci einer Temperatur von K5'C 5!!0m;·.! einer Belastung von 2 VV ausgesetzt, wobei die Glcichstrombelastungseigenschaften der verschiedenen Varistoren, d.h. die Änderung der Spannung I', in positiver und negativer Richtung, aufgezeichnet werden. Schließlich werden die Varistoren genau lOOmal Teniperaturschwankungen von - 40° C bis + S8r C bei einer Belastung von 2 W und einer relativen Feuchtigkeit von 95% ausgesetzt, wobei die Temperatur Feuchtigkeits-Zykluseigcnschaften der verschiedenen Varistoren, d. h. die Änderung der Spannung Γ, in positiver und negativer Richtung, aufgezeichnet werden.
Dk Ergebnisse linden sich in der folgenden Tabelle V. Diese enthält auch Angaben über die Polaritätseigenschaften eines bekannten Varistors bzw. Vergleichselementes aus einem Ausgangsmaterial mit 0,5 Mol-% BiO. 0,5,Vlol-% VInO. 0.5 Vlol-% CoO. 1 Mol-% Sb,O, und zum Rest ZnO.
Tabelle V
(Änderung der Spannung, gemessen bei 1 niA)
Vergleichselement Varistor des Beisp. 9 Varistor des Beisp. 10 VaristordesBeisp.il Varistor d. Beisp. 12 positive negative positive negative positive negative positive negative positive negative Richtung Richtung Richtung Richtung Richtung Richtung Richtung Richtung Richtung Richtung
Temperatur
Feuchtigkeits-Zykluseigen-
schaften + 5 %
Gleichstrombelastungs
eigenschaften + 3 %
Stromstoßeigenschaften + 4 %
-18% 4 2.0% -0.5% +2.0% -0.5% +1.5% -0.5% +2.0% -0.5%
-26% +2.5% -2.0% +2.0% -1.0% +2.0% -2.0% +2,0% -1.5% -20% +2.0% -1.5% +1.5% -1.0% +1.5% -1.5% +1.5% -1.5%
Aus Tabelle V geht hervor, daß die Ausgangsspannung K1 der erfindungsgemäßen Sinterkörper-Varistoren auf ZnO-Basis weniger in positiver und negativer Richtung schwankt als die Ausgangsspannung K1 des bekannten Varistors. Dies trägt in hohem Maße zur Aufrechterhaltung der symmetrischen Spannung/Strom-Eigenschaften der Varistoren bei. Da ihre ansteigende Spannung Vx nur sehr wenig schwankt, besitzen die erfindungsgemäßen Varistoren eine lange Haltbarkeit und eine hohe Zuverlässigkeit.
Unter Verwendung verschiedener Ausgangsmaterialien und durch zweistündiges Sintern derselben bei einer Temperatur von 1200° C werden verschiedene Varistoren hergestellt. Diese werden in entsprechender Weise wie die Varistoren der Beispiele 9 bis 12 zur Ermittlung ihrer nicht-linearen Spannungskennlinien (K1, α) und ihrer Stromstoßeigenschaften getestet. Die Zusammensetzung der verwendeten Ausgangsmaterialien und die mit den verschiedenen Varistoren erhaltenen Ergebnisse finden sich in der foleende.n Tabelle VI.
10
Iii belle VI 18 Ausgangsmaterial NiO iVlol-%) Zn Feldstärke 1 mA) Stromstoßeigenschiiften negative -9 ■ -2.0
19 (Zusammensetzung in 0.5 0.01 (gemessen bei ΔΓ, Γ,(%) Richtung I
20 0.5 MeO, 0.1 positive -4 -7 I
21 ZnO 0.5 Υ,Ο, = 0.5 I Γ, mm 24 Richtung -2,5 -4.5 ι -2.5
•98.99 0,5 Υ,Ο, = 0.5 10 113 26 + 4 -I -1.5 I
Beispiel 13 23 98.9 0.5 Υ,Ο, = 0.5 0.01 108 28 + 3 -2 -4 I
Beispiel 14 24 98 0.5 Y2O, = 0.5 0.1 102 25 + 2 -4,5 -3
Beispiel 15 25 89 0.5 ScO, = 0.5 1 87 21 + 2 -3 -1.0
Beispiel 16 ί Beispiel 26 98.99 0.5 ScO, = 0.5 10 109 22 + 5 -I
Beispiel 17 j Beispiel 27 98.9 0.5 Sc] O j = 0.5 0.01 100 24 + 4 -1.5 -0.5
Beispie I Beispiel 28 98 0.5 ScO, = 0,5 O.I 92 22 + 2 - 3.5
Beispie jj Vergleichs- 89 0.5 ZrO,'= 0.5 I 84 25 _ T -0.5
Beispie \ element I 98.99 0.5 ZrO, = 0.5 IO 97 26 + 4 -1
Beispie ί Vergleichs-
' element 2		 98.9 0.5 ZrO^ = 0.5 0.01 90 28 + 3 ~2 I
Beispie ! Beispiel 29 98 0.5 ZrO, = 0,5 O.I 82 26 + 2 3 I
Beispie 89 0.5 HfO*, = 0.5 1 75 27 + 2 -1.5 I
Beispie ί Beispiel 30 98.99 0.5 HfO2 = 0.5 10 91 28 + 3 1 I
Beispie 98.9 HfO, = 0.5 85 30 + 3 : I
Beispiel 31 98 0.5 HfO2 = 0.5 0.001 78 26 + 2 I
89 71 + 2
/ Beispiel 32 0.5 γ,Ο, = 0.5 15 18
98.999 0.01 0.01 154 + 4
' Beispiel 33 ScO, = 0.5 19
84 0.1 Y2O, = 0.1 0.5 71 23 + 3
Beispiel 34 99.48 ScO, = 0.4 110 + 4
0.5 γ,Ο, = 0.4 1 25
98.9 ZrO, = 0.1 104 + 3
Beispiel 35 0.5 γ,θ", = 0.4 3 28
98 HfO, = 0.1 92 + 3
1.0 ScO", = 0.5 5 31
■; Beispiel 36 95.5 ZrO2 = 0.5 87 + 2
0,5 ZrO, = 0.5 3 30
93.5 Hf2O, = 0.5 81 + 2
Beispiel 37 Sc2O,'= 0.01 30
95.89 1.0 Υ,Ο, = 0.1 5 108 + 3
ZrO, =0.5
j Beispiel 38 Y,θ", = 0.5 31
i-V
■-		 91.5 3 ScO, = 1.0 5 97 + 3
:. HfO, = 1.0
I Υ,Ο, = 1,0 29
3$
Ίη 		85 5 ZrO2 = 3.0 5 113 + 3
HfO2 = 3.0
ScO1= 1.0 28
81 10 ZrO2 = 3,0 10 125 + 3
HfO2 = 5.0
Y2O3=I 27
70 ScO3 = 3 145 + 3
ZrO, = 3
HfO, =3
Hierzu 2
Blatt Zeichnungen

Claims (7)

d) Patentansprüche:
1. Spannungsabhängiger Widei stand, der aufgrund seiner Masse selbst spannungsabhängig ist und der aus einem hauptsächlich Zinkoxid enthaltenden, mit aus einer Verbindung eines Metalls der Eisengruppe und aus mindestens einem Oxid eines seltenen Erdmetalls aufweisenden und mit weiteren Zuschlägen versetzten Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von mindestens 11000C gesintert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial die folgenden Bestandteile enthält:
a) 0,01 bis 10 MoI-% Nickeloxid oder eine andere Verbindung, die beim Sintern in Nickeloxid übergeht, als ersten Zuschlag:
b) 0,01 bis lOMoI-% Zirkonoxid, Yttriumoxid, Hafniumoxid und/oder Scandiumoxid und/ oder euier anderen Verbindung, die beim Sintern in das betreffende Metalloxid übergeht, als zweiten Zuschlag;
0.01 bis lOMol-% metallisches Zink;
Rest Zinkoxid.
2. Spannungsabhängiger Widerstand nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial 0,5 bis 1 Mol-% des ersten Zuschlags enthält.
3. Spannungsabhängiger Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmai.-rial 0,5 bis 1 Mol-% des zweiten Zuschlags enthält.
4. Spannuiigsabhäng'ger Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch -ekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial 3 bis 6 Mol-% metallischen Zinks enthält.
5. Spannungsabhängiger Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmuterial außerdem noch bis zu 0.5 MoI-% Cer oder Praseodym enthält.
6. Verfahren zur Herstellung eines spannungsabhangigen Widerstands mich einem der Ansprüche 1 bis 5. dadui cn gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von 1150° C bis 12000C gesintert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial 2 bis 4 Stunden gesintert wird.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4423407A (en) * 1981-02-27 1983-12-27 Dart Industries Inc. Apparatus and method for measuring the concentration of gases
US4545929A (en) * 1981-07-22 1985-10-08 Taiyo Yuden Co., Ltd. Ceramic materials with a voltage-dependent nonlinear resistance
US4452729A (en) * 1982-11-03 1984-06-05 Westinghouse Electric Corp. Voltage stable nonlinear resistor containing minor amounts of aluminum and boron
US4510112A (en) * 1983-01-21 1985-04-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Process for fabricating ZnO-based varistors
US4452728A (en) * 1983-02-18 1984-06-05 Westinghouse Electric Corp. Voltage stable nonlinear resistor containing minor amounts of aluminum, boron and selected alkali metal additives
US4460497A (en) * 1983-02-18 1984-07-17 Westinghouse Electric Corp. Voltage stable nonlinear resistor containing minor amounts of aluminum and selected alkali metal additives
US4575440A (en) * 1984-02-21 1986-03-11 Gte Laboratories Incorporated Process for the preparation of homogeneous metal oxide varistors
US5294374A (en) * 1992-03-20 1994-03-15 Leviton Manufacturing Co., Inc. Electrical overstress materials and method of manufacture

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1765097C3 (de) * 1967-04-26 1973-07-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Spannungsabhaengiger Widerstand aus einer gesinterten Scheibe aus Zinkoxid
JPS4840790B1 (de) * 1969-05-02 1973-12-03
JPS5524247B2 (de) * 1973-10-19 1980-06-27
NL7414775A (nl) * 1974-11-13 1976-05-17 Philips Nv Werkwijze voor de vervaardiging van een span- ningsafhankelijke weerstand en daarmede ver- kregen spanningsafhankelijke weerstand.
US4060661A (en) * 1975-08-22 1977-11-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Voltage-dependent resistor
CH596647A5 (de) * 1976-07-01 1978-03-15 Bbc Brown Boveri & Cie
US4142996A (en) * 1977-10-25 1979-03-06 General Electric Company Method of making homogenous metal oxide varistor powders
JPS5823722B2 (ja) * 1978-12-25 1983-05-17 ティーディーケイ株式会社 電圧非直線性抵抗体磁器の製造法
US4265844A (en) * 1979-05-16 1981-05-05 Marcon Electronics Co. Ltd. Method of manufacturing a voltage-nonlinear resistor

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