The microstructure and electrical characteristics of A ∼ C's ZnO varistors fabricated according to variable sintering condition, which sintering temperature was 1130 $^{\circ}C$ and speeds of pusher were A: 2 mm/min, B: 4 mm/min, C: 6 mm/min, respectively, were investigated. The experimental results obtained from this study were summarized as follows: The sintering density of A ∼C's ZnO varistors sintered at 1130 $^{\circ}C$ were decreased by sintering keep time to shorten, such as A: 9hour, B: 4.5hour and C: 3hour. A's ZnO varistor exhibited good densification nearly 98 % of theory density. In the microstructure, A∼C's ZnO varistors fabricated variable sintering condition was consisted of ZnO grain(ZnO), spinel phase(Z $n_{2.33}$S $b_{0.67}$$O_4$), Bi-rich phasc(B $i_2$$O_3$), wholly. Varistor voltage of A∼C's ZnO varistors sintered at 1130 $^{\circ}C$ increased in order A
ZnO varistor ceramics were fabricated with variation of addition of $Nd_2O_3$ amount and the sintering temperature was $l150^{/circ}C$. The average grain sizes were showed decreased from $13.8{\mu}m$ to $4.7{\mu}m$, and varistor voltages were increased from 398 V to 657 V by added amount of $Nd_2O_3$. Nonlinear coefficient a of all were with increasing the amount of $Nd_2O_3$ more than 60, in case of added on 0.1mol% $Nd_2O_3$ was 87. And leakage current were less than $1_{\mu}A$ with applied at 82% of varistor voltage. The clamping voltage ratio of the specimes added 0.1mol% $Nd_2O_3$ was 1.38 at applied 25A [$8/20{\mu}s$]. In the specimen added 0.1mol% $Nd_2O_3$, endurence of surge current and deviation of varistor voltage were 7000A/$cm^2$, $\Delta-2.08%$, respectively.
ZnO varistor ceramics were fabricated with variation of addition of glass-frit amount and the sintering temperature was $1150^{\circ}C$. The average grain sizes were showed decreased from $8.6\;{\mu}m$ to $10\;{\mu}m$, and varistor voltages were decreased from 506 V to 460 V by added amount of glass-frit. Nonlinear coefficient ${\alpha}$, of all were with increasing the amount of glass-frit more than 60, in case of added on 0.03wt% glass-frit was 83. And leakage current were less than $1{\mu}A$ with applied at 82% of varistor voltage. The clamping voltage ratio of the specimes added 0.03wt% glass-frit was 1.41 at applied 25A $[8/20{\mu}s]$. In the specimen added 0.03wt% glass-frit, endurence of surge current and deviation of varistor voltage were $6200A/cm^2$, $\Delta-1.67%$, respectively.
공침법을 이용하여 제조한 $SrTiO_3$분말에 $CuO-SiO_2$첨가물을 혼합하여 저전압구동형 SrTiO$_3$세라믹 바리스터 소자를 제조하였다. $CuO-SiO_2$첨가물을 이용한 $SrTiO_3$세라믹 바리스터제조 공정은 복잡한 공정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 일반적인 소결온도보다 100~$150^{\circ}C$ 낮은 온도에서도 소결이 되었다. 이 바리스터의 비직선계수($\alpha$) 값은 첨가물 5 wt% 혼합하여 $1350^{\circ}C$에서 하소한 시편에서 8.47의 최고값을 나타냈으며, 이때의 구동전압은 7 V 이하로 낮은 구동전압을 가진 바리스터를 제조할 수 있었다.
This paper reports the variations of varistor voltage, nonlinear exponent, leakage current, and dissipation factor against surge stress of ZnO-P $r_{6}$$O_{11}$-CoO-C $r_2$$O_3$-E $r_2$$O_3$(ZPCCE)-based varistors manufactured with the variations of sintering temperature. It was found that the variations of electrical parameters against surge stressing current of 100 A/$\textrm{cm}^2$(8x20 ${\mu}\textrm{s}$) is not so large under the surge stress of 700 times. Among varistors, specially the varistor sintered at 134$0^{\circ}C$ exhibited the smallest variations, with %$\Delta$$V_{lmA}$=+0.23%, %$\Delta$$\alpha$=+0.23%, %$\Delta$$I_{L}$=0%, %$\Delta$tan$\delta$=-6.94%. The clamping voltage ratio( $V_{c}$/ $V_{lmA}$) of all varistors was less than 2.2.2.2.2.2.2.
The electrical properties, clamping voltage characteristics, and stability of dysprosia-doped ZnO-P $r_{6}$$O_{11}$-based varistors were investigated with different dysprosia contents from 0 to 2.0 mol%. The incorporation of dysprosia in varistor ceramics greatly increased the varistor voltage from 50 to 481.0 V/mm. It was found that the dysprosia is good additive improving a nonlinearity, in which the nonlinear exponent is above or near 50, and the leakage current is below 1.0 $\mu$A. The dysprosia-doped varistors exhibited superior clamping voltage characetristics, in which clamping voltage ratio is above or neat 2 at surge current of 50 A. The 0.5 mol% dysprosia-doped varistors only exhibited high stability, with the rate of varistor voltage of -0.9%, under DC acceleraetd aging stress, 0.95 $V_{lmA}$/15$0^{\circ}C$/24 h.h.h.h.
In this thesis, the microstructure and electrical properties of ZnO varistors were investigated according to ZnO varistors with various formulation. A∼E's ZnO varistor ceramics were exhibited good density, 95% of theory density and low porosity, 5%, wholly. The average grain size of A-E's ZnO varistor ceramics exhibited 11.89$\mu\textrm{m}$, 13.57$\mu\textrm{m}$, 15.44$\mu\textrm{m}$, 11.92$\mu\textrm{m}$, 12.47$\mu\textrm{m}$, respectively. Grain size of C's ZnO varistor is larger and grain size of A and D's are smaller than other varistors. In the microstructure, A∼E's ZnO varistor ceramics sintered at l130$^{\circ}C$ was consisted of ZnO grain(ZnO), spinel phase(Zn$\sub$2.33/Sb$\sub$0.67/O$_4$), Bi-rich Phase(Bi$_2$O$_3$) and inergranular phase, wholly. Reference voltage of A∼E's ZnO varistor sintered at 1130$^{\circ}C$ decreased in order D, E > A > B > C's ZnO varistors. Nonlinear exponent of varistors exhibited high characteristics, above 30, wholly. Consequently, C's ZnO varistor exhibited good nonlinear exponent, 68. Lightning impulse residual voltage of A, B, C and E's ZnO varistors suited standard characteristics, below 12kV at current of 5kA.
In order to enhance sintering characteristics on the $ZnO-Pr_6O_{11}$ based multilayer chip varistors (MLVs), a response surface analysis using central composite design method were carried out. As a result, varistor voltage($V_{1mA}$), nonlinear coefficient ($\alpha$), leakage current ($I_L$) and capacitance (C) were considered to be mainly affected by sintered temperature and holding time. MLVs sintered at $1200^{\circ}C$ and above $1200^{\circ}C$ revealed poor electrical characteristics, possibly due to the reaction between electrode materials(Pd) and $ZnO-Pr_6O_{11}$ based ceramics. On the sintering temperature range $1150{\sim}1175^{\circ}C$, nonlinear coefficient ($\alpha$) and leakage current ($I_L$) were shown to be $60{\sim}69$ and below $0.3{\mu}A$, respectively. In particular, MLVs sintered at $1175^{\circ}C$, 1.5 hr and $2^{\circ}C/hr$ (cooling speed) showed stable ESD(Electrical Static Discharge) characteristics under the condition of 10 times at 8 Kv with deviation varistor voltage, and deviation nonlinear coefficient were 0.3% and 0.33% (at positive), 0.55% (at negative), respectively.
ZnO varistor ceramics were fabricated with variation of addition of glass-frit amount and the sintering temperature was $1100^{\circ}C$. The average grain sizes were showed increased from $8.6{\mu}m\;to\;10{\mu}m$, and varistor voltages were decreased from 506V to 460V by added amount of glass-frit. Nonlinear coefficient $\alpha$, of all were with increasing the amount of glass-frit more than 70, in case of added on $0.03wt\%$ glass-frit was 83. And leakage current were less than $1{\mu}A$ with applied at $82\%$ of varistor voltage. The clamping voltage ratio of the specimens added $0.03wt\%$ glass-frit was 1.41 at applied 25A $[8/20\;{\mu}s]$. In the specimen added $0.03wt\%$ glass-frit, endurance of surge current and deviation of varistor voltage were $6200A/cm^2,\;\Delta-1.67\%$, respectively and clamping voltage ratio was 2.33. In the Specimen added $0.03wt\%$ glass-frit were superior to any other compositions on High Temperature Load Test(HTLT) for 1000 hr at $85^{\circ}C$, and deviation of the varistor voltage were $\Delta-1.29\%$.
ZnO varistors containing 5.0 at% Co3O4 and Pr6O11, ranging from 0.1 to 1.0 at%, were sintered at 130$0^{\circ}C$ and 135$0^{\circ}C$. The I-V characteristics and nonlinear coefficients of the specimens were investigated with respect to Pr addition and sintering temperature. In general the specimens sintered at 130$0^{\circ}C$ showed better varistor characteristic than those fired at 135$0^{\circ}C$, which seemed to be related with the liquid phase formation during sintering. The barrier heights obtained from C-V relations, 0.29-1.36 eV, were different from those acquired using resistivity-temperature plots measured at low voltage per grain boundary. Therefore the estimation of potential barrier heights using C-V relations is better suited for the specimens prepared in this study. The carrier densities obtained using C-V relations were ~1018 cm-3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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