199636. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ZnO varisztorok előállítására
HU 199636 B A ZnO varisztorok tulajdonságait tehát a kerámiát alkotó fázisok határrétegének tulajdonságai szabják meg. EDA, K. fent idézett tanulmányából kitűnik, hogy bár az U(I) karakterisztika menetét befolyásolja a határréteget alkotó fázis összetétele, az nemcsak ettől, hanem a réteg vastagságától is erőteljesen függ. Az áram nagymértékben nemlineáris feszültségfüggése főként a határréteg diffúziós szakaszára jellemző. A szemcsék közti fázist is tartalmazó határréteg szakaszokon átfolyó áramok már viszonylag kis áramsűrűségeknél feltörnek (a-juk kicsivé válik). A ZnO varisztor alkotó kerámia test az ismertetett szerkezeti elemek háromdimenziós szövevénye, melynek eredményeként az egyes szemcse párok határfelületén lévő elemi varisztorokból sorosan és párhuzamosan kapcsolt hálózat alakul ki. A varisztor makroszkópus U(I) karakterisztikája az elemi varisztor karakterisztikák eredője. Az U(I) karakterisztika feltörését tehát nemcsak azzal lehet a nagyobb áramsürűségek irányába eltolni (vagyis a varisztor túlfeszültség levezető hatékonyságát fokozni), ha csökkentjük a szemcsék saját rezisztenciáját, vagy módosítjuk a potenciálgát alakját, hanem azzal is, ha biztosítjuk hogy a diffúziós határrétegek viszonylag nagy felületűek legyenek és egyenletesen oszoljanak el a kerámián belül. Ekkor u.i. azonos makroszkópos áramsűrűség esetében az egyes elemi varisztorok hatékony határfelületén kisebb effektiv áramsűrűség alakul ki. Az egyenletes kerámia szerkezet is döntő követelmény, mert az elemi varisztorok hálózatán belül a túlterhelés okozta meghibásodás (degradáció) mindig a leggyengébb elemnél indul meg (BRUCKNER, R.W.; MOLDENHAÜER, W. et al. „Thermal breakdown in ZnO-varistor ceramics" Phys. Status Solidi, 59, 713—718, 1980.) A ZnO varisztorok előállítására alkalmazott eljárásnak lényeges jellemzője, hogy minél kisebb méretű varisztorral tudja biztonságosan levezetni a túlfeszültségek hatására kialakuló minél nagyobb áramimpulzusokat. Az egyre nagyobb elemsűrűségre törekvő áramköri konstrukciós elveknek természetszerű követelménye a minél kisebb méretű túlfeszültség levezető elem. A varisztor méretének csökkentése a gyártás gazdaságossága szempontjából is fontos tényező. (A normál méretsor egymást követő 7, 10, 14 és 20 mm átmérőjű példányainak nemcsak túláram levezető képessége nő 1:2:4:8 arányban, de tömegűk is.) A ZnO varisztorok előállítására alkalmazott egyéb fémoxidokat az U (I) karakterisztika menetére gyakorolt hatásuk alapján három csoportba sorolhatjuk: (1) Kis ionsugaru fémek (pl. Co, Al, Ga) oxidjai, melyek a ZnO szemcse fajlagos rezisztenciáját befolyásolják. 3 (2) Nagy ionsugarú fémek (pl. Bi, ritkaföldfémek) oxidjai, melyek a szemcsék közti fázist és a diffúziós határréteget alkotják. (3) A határrétegben a felületi töltéssürüséget befolyásoló fémek (pl. Co, Mn, Ni, stb.) oxidjai. Ezek hatnak a szemcseméret alakulására is. A szabadalmi irodalomban a ZnO varisztorok karakterisztikájának menetét,'főként a nagyáramú feltörési pont kitolását olyan módszerekkel befolyásolják, melyek vagy a ZnO szemcsék saját rezisztenciáját csökkentik, vagy az adalékok és az égetési feltételek különböző variációival a határréteg potenciálgátjának alakját módosítják. Az alkalmazott eljárásokról egy-egy jellegzetes példa bemutatásával adunk áttekintést. a) A ZnO szemcse rezisztenciáját csökkentő adalékokat alkalmaz a DE 2 547 066 számú (német szövetségi köztársaságbeli) szabadalomban leírt eljárás. b) Az összetevők egyenletesebb minőségét és eloszlását JP 59 000 903 számú (japán) szabadalom úgy biztosítja, hogy az alapanyagot és az adalékok egy részét amorf alakban alkalmazza. Hasonló célt ér el a 0097 923 számú Európai-szabadalommal védett eljárás azáltal, hogy az adalékok egy részét együttes lecsapással állítja elő. c) Az U (I) karakterisztika 10 A feletti szakaszának nemlineáris tulajdonságait pl. a DE 2 310 440 számú (német szövetségi köztársaságbeli) szabadalomban leírt eljárás úgy javítja meg, hogy egyes adalékokat részben vagy egészen oxid helyett fluorid alakban alkalmazza. d) Sokféle változatban alkalmazott eljárás az összetevők egy részének együttes előégetése, vagy a ZnO előzetes hőkezelése. Példa erre a DE 2 461 051 számú (német szövetségi köztársaságbeli) szabadalmi leírásban ismertetett eljárás. A változatok közé tartozik az a módszer, mint pl. a JP 80 049 403 számú (japán) szabadalom szerinti is, mely az adalékok egy részét üvegfritt őrlemény alakjában viszi be a masszába. További változat szerint egyes adalékokat olyan vegyület formájában alkalmaznak, amilyenné az az égetés során a kristályos szövetszerkezetben átalakul. Ezt alkalmazza a DD 160 133 (német demokratikus köztársaságbeli) szabadalom szerinti eljárás, mely az Sb adalékot piroklór alakban viszi be a rendszerbe. e) A határfelületi réteg potenciálgátjának alakját az adalékként alkalmazott kation oxidációs fokának változtatásával is befolyásolják. A DE 2 740 566 számú (német szövetségi köztársaságbeli) szabadalom szerint a szokásos Mn1*, illetve Mn"-nél előnyösebb az Mn304 alkalmazása. Az antimon-oxidot a szokásos Sb‘" helyett Zn7Sb20« spinéit alakban Sbv-ként alkalmazza a GB 1 585 940 számú (nagy-britanniai) szabadalom. f) A határréteg potenciálgátjának alakját befolyásolják a levegőtől eltérő össze-4 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
