200028. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ZnO-varisztorkerámia előállítására
1 HU 200028 13 2 A találmány tárgya eljárás ZnO-varisztorkerámia előállítására, ZnO-alapanyaghoz adott adalékokkal, különösen bizniutoxiddal, antimonoxiddal, kobaltoxiddal, manganoxiddal és nikkeloxiddal, keramikus technológia útján, melynek során a varisztorteslek szinterezése szinterező alaplemezeken történik, amelynek legalább az érintkezési felülete ugyanabból az anyagból készült, mint a varisztorkeráinia. Ismeretes pl. a DE PS 18 02 452-ből, hogy cink-oxid alapon, alkalmas kiegészítő anyagok csekély hozzáadásával szokásos keramikus technológiával nagy oí nemlinearitású varisztorok állíthatók elő, amelyek a görbe szerint viselkednek, ahol v az ellenálláson lévő feszültség, 1 az ellenálláson folyó áram, c adott áramnál eső feszültségnek megfelelő konstans, oí! nemlinearitás-kitevő. Hagyományos szinterezö alaplemezek, mint pl. AI2O3, SúN-i anyagból, vagy fajtaspecifikus masszából készülő alaplemezek alkalmazásakor azonban általában ezen módosító összetételekkel nem állíthatók elő nagy stabilitású varisztorok. A szinterezésnél a szintertest és a szinterezö alaplemez között diffúziós folyamatok játszódnak le, amelyek a szintertest összetételének inhomogenitásához, valamint a szinterezö alaplemezen lévő folyékony összetevők növekedéséhez vezetnek. Ezen folyamatok okozzák, hogy különösen fajtaidegen, lassú reakciójú szinterező alaplemezeken (AI2O3, Zr03, SÍ3N4) végrehajtott szinterezésnél a varisztoraktiv anyag összetétele olyan mértékben változik meg, hogy a jelleggörbe a szivárgási áram tartományában igen erősen romlik. Másrészről a fajtaspecifikus illetve fajtaspecifikusan öntött szinterezési alaplemezeken (DD 160 818; DD 213 424) végzett szinterezésnél a bizmutgazdag folyadékfázis erős kölcsönhatása miatt mind a kezdeti szivárgási áram, és ezzel az üzemi feszültség rákapcsolása miatt fellépő öregedési tendencia, mind a varisztorok meghibásodási hajlama magasabb hőmérséklet és redukáló atmoszféra mellett, amint az a varisztorelemek gyártási folyamatában forrasztáskor a folyasztószerek vagy a kontaktusozásnál a vákuumeljárás alkalmazása miatt fellép, jelentősen megnőnek. Emellett az említett kölcsönhatás a gyakorlatban a szinterezési alaplemez állásidejének jelentős korlátozásával is jár. Továbbá ismeretes az is, hogy az elektromosan nem vezető korlátok kialakulása ZnO-varisztorkerámiákban egyrészről az oxigén-hiány helyek által okozott donorkoncentráció, másrészről az idegenanyag-hozzáadásával megnövelt akceptorszerü cinkhiány-hely koncentrációjának következménye, amely a szemcsehatárhoz közeli rétegekben az n-vezető arzénosodásához vezet. Az említett redukáló atmoszféra okozza nyilvánvalóan a védetlen varisztorkerámia-felületen az oxigén-hiányhelyek koncentrációjának növekedését oly módon, hogy az n-töltéshordozók koncentrációja megnő és ezzel a felületközeli tartományokban az elektromosan nem vezető korlátok roncsolása következik be. Mindez a varisztor üzemeltetésekor a kezdeti szivárgási áram növekedéséhez és emellett a szerkezet hosszabb időn ót üzemi feszültséggel való terhelés miatti romlásához vezet. Olyan eljárás is ismert, ahol ezen kóros befolyások megakadályozására a forrasztás előtt poliamid védőanyag egy rétegét viszik fel a varisztortestre, az elektródák közé (DE 30 22 489). Végül a DE 26 51 890 szerint ismert, hogy az optimált keverékösszetétel mellett a szinterezés után végzett többszöri újrahevités javuló stabilitáshoz vezet, a szivárgási áram jelentősebb növekedése nélkül. Mindkét esetben azonban pótlólagos technológiai ráfordítás szükséges, amellyel az elért eredmények nem állnak arányban. A találmány célja olyan ZnO-varisztorkerámia kialakítása, amely csekély szivárgási áramot és nagy stabilitást mutat egyenfeszültség- és impulzusterheléssel szemben akkor is, ha a varisztorkerámiát a gyártási folyamat során magas hőmérsékleten redukáló atmoszférának teszik ki. A találmány feladata tehát olyan ZnO-varisztorkerámia gyártásának kifejlesztése, amely ZnO-alapanyagból és adalékokból, különösen bizmuloxidból, antimonoxidból, kobaltoxidból, mangónoxidból és nikkeloxidból készül keramikus technológiával, ahol a varisztortestek szinterezése szinterezési alaplemezeken történik, amelyeknek legalább az érintkezési felülete ugyanabból az anyagból készül, mint a varisztorkeráinia. A találmány segítségével a szinterezés után a hatásos összetevők homogén eloszlása biztosítható, továbbá a folyékony összetevők varisztortesten belüli csökkenése és azok növekedése a szinterezési alaplemezen megakadályozható. A találmány szerint ez úgy történik, hogy a ZnO-alapanyaghoz adott bizmutoxid-koncentrációt a szinterezési profil és az összes adalék figyelembevételével 0,7 mol%-ra vagy annál kisebbre választjuk és olyan szinterezési alaplemezt alkalmazunk, amelynek érintkezési felülete mentes a szinterezési folyamat alatt folyékony bizmutgazdag fázistól és amely sűrű, finomszemcsés szerkezetű. A varisztorhatású adalékok diffúziójának a szinterezési alaplemezre való egyidejű megszüntetésével, a szinterezési alapleraez vagy legalábbis a szinterezési alaplemeznek a varisztorokkal érintkező felülete fajtaspecifikus összetétele alapján, valamint annak sűrű, finomszemcsés szerkezete segítségével elér-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
