СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-ЦИНКОВЫХ ВАРИСТОРОВ Российский патент 1995 года по МПК H01C7/10 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве миниатюрных варисторов на широкий диапазон рабочих напряжений, применяемых, в частности, в качестве встроенных элементов разъемных электрических соединителей для защиты приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры от перенапряжений.

Технологическим принципом формования основной номенклатуры современных дискретных варисторов является прессование под давлением. Требование миниатюризации варисторов выдвигает задачу изменения методов формования; особенно актуально это в случае создания варисторов для монтажа непосредственно на штырях электрических разъемов.

Оценить существующий уровень техники можно из следующих аналогов заявляемого решения. В заявке Японии N 53-11064, кл. Н 01 С 7/10, опубликованной 19.04.78, описывается керамический варистор из материала на основе оксида цинка. Варистор изготавливается в виде цилиндра путем формования или прессования под давлением; наружный диаметр изделия 3,5 мм, внутренний 2,5 мм, высота 15 мм.

Перспективный, с точки зрения миниатюризации варисторов, является замена формовки или прессования на протяжку шликера специального состава. Таким способом традиционно изготавливаются карбидкремниевые варисторы.

Известны авт. св. по классу 21 с 55/01 (МКИ: Н 01 С) N 166396, 1964 и N 180677, 1965, где предметом изобретения является состав шликера, включающий карбид кремния, керамическую срезку в виде глины и полевого шпата, декстрин, крахмал, тунговое или минеральное масло. Состав и количество связки, заявляемые в данном изобретении, позволяют прессование варисторов заменить протяжкой. Для оксидно-цинкового варисторного материала, отличающегося от карбида кремния своими физико-химическими свойствами, дисперсностью, удельной поверхностью, пластичностью, они не пригодны.

В качестве прототипа, как наиболее близкой к заявляемому способу, выбран способ [1] заключающийся в изготовлении варистора в виде полого цилиндра из материала на основе оксида цинка. Для формовки заготовок вводится 0,5-4 мас. органической связки и 15-24 мас. воды. После сушки из материала формуют полые цилиндры внешним диаметром 4 мм и высотой 10-20 мм, затем их нарезают, подсушивают и обжигают при 1350^оС. Способ предназначен для изготовления низковольтных варисторов на рабочие напряжения 10-70 В за счет малой толщины стенки полого цилиндра, равной 0,25 мм; электроды наносились по внешней и внутренней боковым поверхностям цилиндра. Способ-прототип не предусматривает дальнейшую миниатюризацию варисторов и расширение диапазона их рабочих напряжений в высоковольтную область.

Цель изобретения разработка высокопроизводительного технологического процесса изготовления миниатюрных оксидно-цинковых варисторов внешним диаметром 1,5-30 мм; внутренним 1,0-1,5 мм на широкий диапазон рабочих напряжений от 20 до 200 В.

Цель достигается тем, что в известном способе изготовления варисторов, включающем приготовление шихты из материала на основе цинка, формование заготовок и высокотемпературный обжиг, из шихты приготавливают шликер перемешиванием шихты с 10-15 мас. декстрина из расчета на массу шихты и суспензии, содержащей поливиниловый спирт или метилцеллюлозу в количестве 13-15 мас. глицерин и тунговое масло по 3-5 мас. от массы шихты, затем осуществляют протяжку шликера и отформованную таким образом заготовку предварительно отжигают при температуре 590-610^оС в течение 1,0-1,5 ч.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления миниатюрных оксидно-цинковых варисторов отличается следующим.

В способ вводится операция приготовления шликера для последующей формовки заготовок варисторов; предлагается состав шликера; формовка осуществляется методом протяжки; приготовление шликера из материала на основе оксида цинка с последующей его протяжкой является принципиально новой технологической операцией в производстве оксидно-полупроводниковых варисторов; предварительный отжиг отформованных заготовок осуществляется при температуре 590-610^оС в течение 1,0-1,5 ч.

Указанные признаки в совокупности обеспечивают изобретательский уровень решения. Разработанный состав органической связки придает необходимую пластичность шликеру, не ухудшает варисторных свойств материала, что позволяет получить высокую нелинейность вольт-амперной характеристики (ВАХ) как на низкоомных, так и на высоковольтных оксидно-цинковых варисторных материалах. Предлагаемый материал шликера позволяет протянуть стержни практически любого диаметра с варьируемой толщиной стенки и неограниченной их длиной. Нанесение электродов по внешней и внутренней боковым поверхностям или по торцам цилиндрической втулки также расширяет возможность варьирования рабочим напряжением варисторного элемента.

Таким образом заявляемый метод позволяет изготовить миниатюрные варисторы на рабочие напряжения от 20 до 200 В с коэффициентом нелинейности не менее 15.

В качестве доказательства промышленной применимости изобретения приводим пример конкретного исполнения. Оксидно-цинковая шихта приготавливается смешением и помолом в яшмовых мельницах в течение 24 ч. После сушки и измельчения шихта усредняется с 10 мас. декстрина, потом суспензия из тунгового масла в количестве 4 мас. 15 мас. метилцеллюлозы 2,5%-ной концентрации, 3 мас. глицерина. Вместо метилцеллюлозы можно ввести поливиниловый спирт той же самой концентрации. Полученная консистенция тщательно вымешивается до получения плотной, малопористой, пластичной массы (при необходимости добавляется 2-3% дистиллированной воды) и вылеживается в течение суток перед формовкой. Затем шликер заправляется в мундштук и осуществляется протяжка с помощью ручного винтового пресса, после чего стержни просушиваются на воздухе и в термостате при температуре порядка 100^оС в течение 1 ч. Затем осуществляется предварительный обжиг стержней при температуре 600^оС 1 ч и окончательный высокотемпературный синтез в режиме 1180-1200^оС в течение 1,5-2,0 ч. Далее стержни разрезаются алмазным диском на заготовки необходимой длины. Электроды наносятся методом вжигания серебросодержащей пасты по торцам: при длине заготовки 3 мм и градиенте материала Е60 В/мм получаем варистор с рабочим напряжением U 180-200 В. При нанесении электродов по внешней и внутренним боковым поверхностям втулки с толщиной стенки, равной 0,6 мм, получаем напряжение на варисторе 30-40 В (при той же величине Е материала 60 В/мм); высотой втулки в данном случае можно варьировать от 1 мм и более.

Использование: в электронной технике, в производстве миниатюрных оксидно-цинковых варисторов. Сущность изобретения: варисторы изготавливают протяжкой шликера, который получают перемешиванием оксидно-цинковой шихты с декстрином в количестве 10-15 мас. от массы шихты и суспензией, содержащей поливиниловый спирт или метилцеллюлозу в количестве 13-15 мас. глицерин и тунговое масло по 3-5 мас. Отформованную протяжкой шликера заготовку варистора отжигают в два этапа: предварительный обжиг при температуре 590-610°С и окончательный при температуре 1180 1200°С в течение 1,0 и 1,5 ч. соответственно. Электроды наносят методом вжигания серебросодержащей пасты. Способ позволяет изготавливать варисторы внешним диаметром 1,5 3,0 мм, внутренним - 1,0 1,5 мм с рабочим напряжением от 20 до 200 В и коэффициентом нелинейности вольт-амперной характеристики не менее 15. 1 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-ЦИНКОВЫХ ВАРИСТОРОВ, включающий приготовление шихты из материала на основе оксида цинка, формование заготовок и обжиг, отличающийся тем, что перед операцией формования заготовок осуществляют приготовление шликера перемешиванием шихты с 10-15% декстрина от массы шихты и суспензией, содержащей поливиниловый спирт или метилцеллюлозу в количестве 13-15 мас. глицерин, тунговое масло по 3-5 мас. а формование заготовок осуществляют протяжкой шликера, при этом обжиг осуществляют в два этапа: предварительный обжиг при 590-610^oС и окончательный при 1180-1200^oС в течение 1,0 и 1,5 ч соответственно. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шликер приготавливают с добавлением 2-3 мас. дистиллированной воды.