Zinkoxid-Varistor

Abstract

 ZnO-Varistor, insbesondere Mittelspannungsvaristor mit folgender Zusammensetzung seiner Ausgangskomponenten: 93 bis 98 At% Zn, 0,6 bis 1,0 At% Bi, 0,9 bis 1,3 At% Co Rest Mn, Sb, Cr, Ni, Ti, Sn.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zn0-Varistor, insbesondere Mittelspannungsvaristor, mit einer Ansprechspannung von ca. 50 bis 130 V.

[0002] Varistoren, bestehend aus Zinkoxid als Hauptbestandteil und weiteren Metalloxiden wie Bi203, Sb₂O₃, Cr₂⁰₃, ^Ni0 usw., besitzen im Hochspannungsbereich eine Ansprechfeldstärke von etwa 150 bis 180 V/mm. Bei einer Ansprechspannung von ca. 50 bis 130 V besitzen die vorstehenden Varistoren folglich eine Keramikdicke von etwa 0,35 bis 0,9 mm. Derartig dünne Scheiben lassen sich aber nicht mehr mittels des bekannten Formpreßverfahrens herstellen. Bei ihrer Sinterung verziehen sich nämlich die Scheiben, weshalb.auf die so entstandenen unebenen Stirnflächen der Scheiben keine Elektroden im Siebdruckverfahren aufgebracht werden können. Versucht man diesem Nachteil dadurch zu entgehen, daß man die dünnen Scheiben in Läpptechnik herstellt, so entstehen durch dieses sehr aufwendige Verfahren erhöhte Kosten; insbe- .

[0003] sondere entstehen bei der Weiterverarbeitung der geläppten Scheiben, z.B. bei ihrer Belegung mit Silberelektroden und beim Prüfsortieren Schwierigkeiten infolge der Bruchanfälligkeit der Varistorscheiben.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mittelspannungsvaristor zu schaffen, dessen Ansprechfeldstärke ca. 60 V/mm beträgt, was bei einer Varistorspannung von 50 bis 130 V einer mühelos bearbeitbaren Scheibendicke von ca. 0,9 bis 2,2 mm entspricht.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen ZnO-Varistor vor, der sich durch folgende Zusammensetzung seiner Ausgangskomponenten auszeichnet:

[0006] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch folgende Zusammensetzung seiner Ausgangskomponentenaus:

[0007] Die homogene und mit einem Bindemittel, z.B. Polyäthylenglycol versetzte Mischung, bestehend aus den Oxiden der vorgenannten Ausgangskomponenten wird üblicherweise gepreßt, bei ca. 1100 bis 1200°C, insbesondere 1150°C, etwa 7 bis 12 Stunden, insbesondere ca. 10 Stunden, unter 0₂-haltiger Atmosphäre, insbesondere in Luft, gesintert, langsam auf wenige 100°C, z.B. 300°C abgekühlt und schließlich von 750 bis 500°C unter Luftabschluß, insbesondere in N₂,getempert.

[0008] Der Nichtlinearitätskoeffizient des so hergestellten Zn0-Varistors, der durch folgende Beziehung

bestimmt ist und ein Maß für die Strom-Spannungskennliniensteilheit darstellt, besitzt den Wert 25 und ist als solcher geringer als der Wert von geläppten Varistorscheiben, deren Ansprechfeldstärke etwa 170 V/mm (α≈30) beträgt. Ein Vergleich der Kurven 1 und 2 gemäß Figur 1 zeigt jedoch, daß der Nichtlinearitätskoeffizient der erfindungsgemäßen Varistoren vielen Anwendungen genügt.

[0009] Der Zusatz von B203, BaCO₃ und A1₂0₃ in folgenden Mengen hat si.ch als äußerst vorteilhaft erwiesen:

[0010] Durch diese Zusätze konnte die Konstanz der Varistor- spannung-ΔU/U_V (U_V = Spannungsabfall am Varistor bei einem eingeprägten Strom von 1 mA) nach einer höchstzulässigen Gleichstrombelastung bei 85⁰C und 60 Stunden von dem unbefriedigenden Wert von -25 % auf 6 % beim 1 mA-Punkt und von dem gleichfalls unbefriedigenden Wert von -45 % auf 8 % beim 100_/uA-Punkt angehoben, d.h. verbessert werden (siehe Fig. 2).

[0011] Durch diese Verbesserung der Konstanz der Varistorspannung können ohne Läppen Varistoren für den mittleren Spannungsbereich hergestellt werden, was in den Fällen, in denen die Steilheit der Strom-Spannungskennlinie nicht von ausschlaggebender Bedeutung ist, zu einer wenig aufwendigen Herstellung von Varistoren führt.

[0012] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

[0013] Es werden die Oxide folgender Zusammensetzung ihrer Ausgangskomponenten:

zunächst naß in einer Kugelmühle ca. 8 Std. gemischt. Getrennt hierzu werden 96,45 At% Zn bzw. Zn0 während ca. 2 Std. gleichfalls naß in einer Kugelmühle aufgeschlämmt. Anschließend werden beide Mischungen zusammengeschüttet und in einem weiteren 8-stündigen Prozeß homogen vermischt, getrocknet und zur Verbesserung der Preßfähigkeit mit einem Bindemittel, z.B. Polyäthylenglycol versetzt. Die hieraus gepreßten Scheiben werden unter Luftatmosphäre bei 1150°C ca. 10 Std. gesintert und anschließend langsam auf ca. 300°C abgekühlt. Nach einem Tempervorgang in N₂ bei ca. 750°C werden die Varistorscheiben an ihren Stirnflächen mit Silberbelegungen kontaktiert.

[0014] Derart hergestellte Varistoren mit einem Durchmesser von z.B. 10 mm besitzen folgende Eigenschaften:

U_v (1 mA) = 60 V, α = 25, Stoßstrombelastung: 250 Ampere 100 mal, Abweichung von UV ≦ 10 % bei 100_/uA, Gleichstrombehandlung 400 mW bei 85°C, Abweichung von U_V ≦ 10 %.

Ansprüche

1. Zn0-Varistor, insbesondere Mittelspannungsvaristor, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung seiner Ausgangskomponenten:

2. ZnO-Varistor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

3. ZnO-Varistor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Zusätze:

4. Verfahren und Herstellung eines ZnO-Varistors nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine homogene und mit einem Bindemittel versetzte Mischung, bestehend aus den Ausgangskomponenten:

bei ca. 1100 bis 1200°C, insbesondere 1150°C, vorzugsweise 7 bis 12 Std., insbesondere 10 Std., unter 0₂-haltiger Atmosphäre, insbesondere Luft, gesintert, langsam auf wenige 100°C abgekühlt und schließlich bei ca. 500 bis 750°C unter Luftabschluß, insbesondere Stickstoff, getempert wird.

Zeichnung