JPH01212264A - バリスタ材料及びその製法 - Google Patents
バリスタ材料及びその製法Info
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- JPH01212264A JPH01212264A JP63036170A JP3617088A JPH01212264A JP H01212264 A JPH01212264 A JP H01212264A JP 63036170 A JP63036170 A JP 63036170A JP 3617088 A JP3617088 A JP 3617088A JP H01212264 A JPH01212264 A JP H01212264A
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- Japan
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- zinc oxide
- varistor
- zno
- mno
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
- H01C7/105—Varistor cores
- H01C7/108—Metal oxide
- H01C7/112—ZnO type
-
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- Y10T29/49002—Electrical device making
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【技術分野〕
本発明は、酸化亜鉛を基材とする酸化亜鉛バリスタ材料
及びその製法に関するものである。
及びその製法に関するものである。
ある種の添加剤を含む酸化亜鉛焼結体の電気抵抗が電圧
により著しく変化することがよく知られており、このよ
うなものは、その電圧と電流の非直線的な関係を利用し
て電圧の安定化、サージ電圧の吸収などに広く利用され
ている。このような電気的非線形素子がバリスタである
。
により著しく変化することがよく知られており、このよ
うなものは、その電圧と電流の非直線的な関係を利用し
て電圧の安定化、サージ電圧の吸収などに広く利用され
ている。このような電気的非線形素子がバリスタである
。
バリスタの電流と電圧の量的な関係は近似的に次式(1
)で示される。
)で示される。
1 =(V/C)” (1)ここで
、■はバリスタに印加される電圧、■はバリスタを流れ
る電流、Cは定数、αは1より大きい指数である。この
場合、αは非直線指数と呼ばれ。
、■はバリスタに印加される電圧、■はバリスタを流れ
る電流、Cは定数、αは1より大きい指数である。この
場合、αは非直線指数と呼ばれ。
非直線性の程度を示すもので、一般に大きいことが望ま
しい、αは次式(2)によって計算される。
しい、αは次式(2)によって計算される。
(1=lOgxa(I z/ I z)/logxs(
Vi/Vx) (2)ここで、vlおよびv8は、
それぞれ与えられた電流■1およびr2における電圧で
ある1通常、I工=1mA、 I、=10mAと決め
、vlをバリスタ電圧と呼ぶ。
Vi/Vx) (2)ここで、vlおよびv8は、
それぞれ与えられた電流■1およびr2における電圧で
ある1通常、I工=1mA、 I、=10mAと決め
、vlをバリスタ電圧と呼ぶ。
Cおよびαはバリスタの処方および製法により変わる、
これらのことは従来技術において周知である。
これらのことは従来技術において周知である。
酸化亜鉛バリスタは普通下記のように製造される。
添加剤を酸化亜鉛と混合する。該混合物は、−船釣なセ
ラミックス成形技術を用いて所望の形状に成形され、次
いで適当な温度で焼結される。この焼結工程により、酸
化亜鉛および添加剤間に必要な反応が起こり、混合物が
融合し、焼結してバリスタ材料になる0次いで電極と導
線が取り付けられ素子となる。
ラミックス成形技術を用いて所望の形状に成形され、次
いで適当な温度で焼結される。この焼結工程により、酸
化亜鉛および添加剤間に必要な反応が起こり、混合物が
融合し、焼結してバリスタ材料になる0次いで電極と導
線が取り付けられ素子となる。
酸化亜鉛焼結体のバリスタ特性発現の機構はこれまで幾
つかの理論が報告されているが、まだ不明な点が多く明
確になっていない、しかしながら、バリスタの電気特性
がその微構造に由来していることは認められており、一
般に、その構造は酸化亜鉛の周囲を別の高抵抗な境界層
が取り囲み、それらが結着した形になっている。この境
界層を作るために添加剤が加えられる0通常数種類もし
くはそれ以上の添加剤が用いられており、添加剤の種類
および量は求められる特性に応じて変わる。
つかの理論が報告されているが、まだ不明な点が多く明
確になっていない、しかしながら、バリスタの電気特性
がその微構造に由来していることは認められており、一
般に、その構造は酸化亜鉛の周囲を別の高抵抗な境界層
が取り囲み、それらが結着した形になっている。この境
界層を作るために添加剤が加えられる0通常数種類もし
くはそれ以上の添加剤が用いられており、添加剤の種類
および量は求められる特性に応じて変わる。
従来技術による酸化亜鉛バリスタ材料の製造において遭
遇する一つの問題は、焼結体の特性のバラつきが大きく
、同一特性のバリスタ材料を歩留まり良く得ることが出
来ないことである。それは、とりもなお9さず、焼結体
(バリスタ材料)の微構造およびミクロ的な化学成分の
分布を均一、かつ再現性よくコントロールすることが難
しいためである。従来技術では添加剤の種類が多く、焼
成時における添加剤相互間の反応および添加剤と酸化亜
鉛との反応が複雑微妙で、製造条件の変動の影響を受け
やすい。
遇する一つの問題は、焼結体の特性のバラつきが大きく
、同一特性のバリスタ材料を歩留まり良く得ることが出
来ないことである。それは、とりもなお9さず、焼結体
(バリスタ材料)の微構造およびミクロ的な化学成分の
分布を均一、かつ再現性よくコントロールすることが難
しいためである。従来技術では添加剤の種類が多く、焼
成時における添加剤相互間の反応および添加剤と酸化亜
鉛との反応が複雑微妙で、製造条件の変動の影響を受け
やすい。
また、従来技術では、添加剤として酸化ビスマスのよう
な高温で極めて蒸発しやすい物質が使用される場合が多
く、これらのことが焼結体の微構造および化学成分のミ
クロ的分布のコントロールを難しくしている。
な高温で極めて蒸発しやすい物質が使用される場合が多
く、これらのことが焼結体の微構造および化学成分のミ
クロ的分布のコントロールを難しくしている。
C目° 的〕
本発明は、従来の酸化亜鉛バリスタ材料に見られる前記
問題を解決し、バリスタ特性において高められた非直線
指数(α)を有し、かつ構造が簡単で製造容易なバリス
タ材料を提供することを目的とする。
問題を解決し、バリスタ特性において高められた非直線
指数(α)を有し、かつ構造が簡単で製造容易なバリス
タ材料を提供することを目的とする。
本発明によれば、主成分である酸化亜鉛の結晶相と補助
成分であるマンガン酸亜鉛(ZnMn*04)の結晶相
とから実質的に構成されるバリスタ材料が提供される。
成分であるマンガン酸亜鉛(ZnMn*04)の結晶相
とから実質的に構成されるバリスタ材料が提供される。
本発明のバリスタ材料は、酸化亜鉛に対し、マンガン化
合物を添加混合し、1100〜1350℃で焼結した後
、得られた焼結体を該焼結温度よりも低くかつ1000
℃以上の温度で再熱処理することにより製造することが
できる。この場合、マンガン化合物としては、酸化マン
ガン又は焼成により酸化マンガンに変換できるものであ
ればよい、このようなものとしては、例えば、硝酸塩や
ハロゲン化物等の無機酸塩や、酢酸塩やプロピオン酸塩
、安息香酸塩等の有機酸塩の他、水酸化マンガン等が挙
げられる。
合物を添加混合し、1100〜1350℃で焼結した後
、得られた焼結体を該焼結温度よりも低くかつ1000
℃以上の温度で再熱処理することにより製造することが
できる。この場合、マンガン化合物としては、酸化マン
ガン又は焼成により酸化マンガンに変換できるものであ
ればよい、このようなものとしては、例えば、硝酸塩や
ハロゲン化物等の無機酸塩や、酢酸塩やプロピオン酸塩
、安息香酸塩等の有機酸塩の他、水酸化マンガン等が挙
げられる。
本発明により好ましくバリスタ材料を製造するには、酸
化亜鉛に、マンガン化合物を溶剤に溶解させた状態で混
合する。この混合は1例えば、マンガン化合物の溶液と
酸化亜鉛とを混合することによって、あるいはマンガン
化合物に溶解性を示す溶剤の存在下で酸化亜鉛とマンガ
ン化合物とを混合することによって実施することができ
る。この場合、溶剤としては、水又は有機溶剤あるいは
それらの混合溶剤が用いられる。この場合、有機溶剤と
しては1例えばメタノール、エタノール等のアルコール
が用いられる。溶剤としては、酸化亜鉛に直接作用する
ことがなく、混合後、蒸発除去の容易なものであればよ
い、このような混合においては、マンガン化合物が溶解
状で酸化亜鉛と混合されることから、マンガン化合物を
分子レベルで均一に酸化亜鉛粒子に混合担持することが
できる。
化亜鉛に、マンガン化合物を溶剤に溶解させた状態で混
合する。この混合は1例えば、マンガン化合物の溶液と
酸化亜鉛とを混合することによって、あるいはマンガン
化合物に溶解性を示す溶剤の存在下で酸化亜鉛とマンガ
ン化合物とを混合することによって実施することができ
る。この場合、溶剤としては、水又は有機溶剤あるいは
それらの混合溶剤が用いられる。この場合、有機溶剤と
しては1例えばメタノール、エタノール等のアルコール
が用いられる。溶剤としては、酸化亜鉛に直接作用する
ことがなく、混合後、蒸発除去の容易なものであればよ
い、このような混合においては、マンガン化合物が溶解
状で酸化亜鉛と混合されることから、マンガン化合物を
分子レベルで均一に酸化亜鉛粒子に混合担持することが
できる。
前記のようにして得られた混合物は、これを乾燥し、溶
剤を蒸発除去した後、焼結し、次いで焼結体を再び加熱
する。この場合、焼結温度は、得られる焼結体が酸化亜
鉛の理論密度に対し90%以上の焼結密度を示す温度、
通常、1100〜1350℃の温度が採用される。再加
熱処理温度は、酸化亜鉛(ZnO)とマンガン酸亜鉛(
ZnMnlQJの2つの結晶相が存在するように、焼結
に採用された温度より50℃以上低い温度でかつ100
0℃以上の温度、1000〜1300℃の範囲の温度が
採用される6本発明において、焼結処理を約1300℃
で行い、再加熱処理を約1100℃で行うことは好まし
い態様である。
剤を蒸発除去した後、焼結し、次いで焼結体を再び加熱
する。この場合、焼結温度は、得られる焼結体が酸化亜
鉛の理論密度に対し90%以上の焼結密度を示す温度、
通常、1100〜1350℃の温度が採用される。再加
熱処理温度は、酸化亜鉛(ZnO)とマンガン酸亜鉛(
ZnMnlQJの2つの結晶相が存在するように、焼結
に採用された温度より50℃以上低い温度でかつ100
0℃以上の温度、1000〜1300℃の範囲の温度が
採用される6本発明において、焼結処理を約1300℃
で行い、再加熱処理を約1100℃で行うことは好まし
い態様である。
本発明においては、酸化亜鉛とマンガン化合物との混合
は、前記のように、溶剤を用いてマンガン化合物を溶解
状に保持して行うのが好ましいが、もちろん、マンガン
化合物を可溶性、不溶性を問わず、従来技術に用いられ
ている物理的、機械的方法で酸化亜鉛と混合し得ること
は言うまでもない。
は、前記のように、溶剤を用いてマンガン化合物を溶解
状に保持して行うのが好ましいが、もちろん、マンガン
化合物を可溶性、不溶性を問わず、従来技術に用いられ
ている物理的、機械的方法で酸化亜鉛と混合し得ること
は言うまでもない。
本発明のバリスタ材料において、酸化亜鉛に対するマン
ガン化合物の添加割合は、MnOモル比換算で、ZnO
+MnO=100に対して、Mn0=3〜7である。マ
ンガンの添加割合がこの範囲を逸脱すると、バリスタ特
性における高められた非直線指数αを得ることが困難に
なる。
ガン化合物の添加割合は、MnOモル比換算で、ZnO
+MnO=100に対して、Mn0=3〜7である。マ
ンガンの添加割合がこの範囲を逸脱すると、バリスタ特
性における高められた非直線指数αを得ることが困難に
なる。
本発明では、前記で示したように、酸化亜鉛に対する添
加剤として、マンガン化合物のみの使用によって十分実
用性あるバリスタ材料を得ることができるものであるが
、本発明の目的を特に阻害しない限り、他の添加剤の使
用を排除するものではない。
加剤として、マンガン化合物のみの使用によって十分実
用性あるバリスタ材料を得ることができるものであるが
、本発明の目的を特に阻害しない限り、他の添加剤の使
用を排除するものではない。
本発明のバリスタ材料は、酸化亜鉛に対しわずか1種類
の添加剤(マンガン)を用いればよいので、その製造は
極めて容易であり、しかも、そのバリスタ特性において
、実用上充分に高い非直線指数αを示すものである。
の添加剤(マンガン)を用いればよいので、その製造は
極めて容易であり、しかも、そのバリスタ特性において
、実用上充分に高い非直線指数αを示すものである。
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例
エタノール中で、酸化亜鉛に所定量の硝酸マンガン(M
n(No、)、−6H,O)を添加し、充分混合したあ
と溶剤を蒸発除去せしめて乾燥し、700℃で1時間仮
焼した。
n(No、)、−6H,O)を添加し、充分混合したあ
と溶剤を蒸発除去せしめて乾燥し、700℃で1時間仮
焼した。
次に、この仮焼試料を、300Kg/aJの圧力で直径
10mm、厚さ2醜園の円板状に予備成形し、さらにI
t/dの圧力で静水圧成形した。該成形体を炭化珪素質
抵抗加熱式電気炉中に置き、大気下、6℃/winの割
合で昇温し、1300℃に達してからこの温度に1時間
保持して焼結し1次いで炉中においたまま放冷した。こ
の未再加熱焼結体の一部を取り出して両面を研磨して平
滑にしたあと、インジウム水銀アマルガムを塗布して電
極とし、直流二端子法で電流−電圧特性を測定した結果
、マンガン化合物の添加量がMnOの形に換算して3〜
7モル%(MnO+Zn0=100モル%に対して、以
下同様)の時に顕著なバリスタ特性が認められた。
10mm、厚さ2醜園の円板状に予備成形し、さらにI
t/dの圧力で静水圧成形した。該成形体を炭化珪素質
抵抗加熱式電気炉中に置き、大気下、6℃/winの割
合で昇温し、1300℃に達してからこの温度に1時間
保持して焼結し1次いで炉中においたまま放冷した。こ
の未再加熱焼結体の一部を取り出して両面を研磨して平
滑にしたあと、インジウム水銀アマルガムを塗布して電
極とし、直流二端子法で電流−電圧特性を測定した結果
、マンガン化合物の添加量がMnOの形に換算して3〜
7モル%(MnO+Zn0=100モル%に対して、以
下同様)の時に顕著なバリスタ特性が認められた。
その結果を表−1に示す。
表−に
二で、酸化亜鉛とマンガン化合物との混合物の焼結にお
いて、MnOのモル比が3〜7モルSの時、焼結温度1
100〜1350℃の範囲内で酸化亜鉛の理論密度に対
し焼結密度90%以上のち密な焼結体が得られたが、1
100℃より低温では焼結密度は9部より小さく、13
50℃以上では再び焼結密度が低下する傾向が見られた
0次ぎに、焼結体の残りを1100℃で1時間再加熱処
理(昇温速度6℃/■in、大気下)し、得られた再加
熱処理焼結体について同様に電流−電圧特性を測定した
。その結果、にno :3〜7モルSのものは非直線指
数(α)が10以上に高められた。
いて、MnOのモル比が3〜7モルSの時、焼結温度1
100〜1350℃の範囲内で酸化亜鉛の理論密度に対
し焼結密度90%以上のち密な焼結体が得られたが、1
100℃より低温では焼結密度は9部より小さく、13
50℃以上では再び焼結密度が低下する傾向が見られた
0次ぎに、焼結体の残りを1100℃で1時間再加熱処
理(昇温速度6℃/■in、大気下)し、得られた再加
熱処理焼結体について同様に電流−電圧特性を測定した
。その結果、にno :3〜7モルSのものは非直線指
数(α)が10以上に高められた。
例えば、比抵抗4.09 X to’ (Ω・C■)、
非直線指数(α)6.1及びバリスタ電圧320(V/
am)のバリスタ特性を示す焼結体から、比抵抗1,3
1X10’(Ω・C■)、非直線指数(a)18.4及
びバリスタ電圧28G(V/am)のバリスタ材料が得
られたことが確認された。そして、高バリスタ特性を示
した再加熱サンプルの粉末X線回折の結果からは、それ
らが実質的に、ZnOとZnMn*0*の2つの結晶相
からなっていることが判った。そして、この2つの結晶
相が出現する焼成温度は、1000〜1300℃の範囲
内であった。
非直線指数(α)6.1及びバリスタ電圧320(V/
am)のバリスタ特性を示す焼結体から、比抵抗1,3
1X10’(Ω・C■)、非直線指数(a)18.4及
びバリスタ電圧28G(V/am)のバリスタ材料が得
られたことが確認された。そして、高バリスタ特性を示
した再加熱サンプルの粉末X線回折の結果からは、それ
らが実質的に、ZnOとZnMn*0*の2つの結晶相
からなっていることが判った。そして、この2つの結晶
相が出現する焼成温度は、1000〜1300℃の範囲
内であった。
Claims (2)
- (1)ZnOとZnMn_2O_4の2つの結晶相から
なり、ZnとMnの割合が、ZnOとMnOのモル比換
算で、ZnO+MnO=100に対しMnOが3〜7の
範囲にあり、かつバリスタ特性における非直線指数(α
)が10以上であることを特徴とするバリスタ材料。 - (2)ZnO+MnOに対しMnOが3〜7モル%の割
合になるように、マンガン化合物をZnOに添加混合し
、1100〜1350℃で焼結した後、得られた焼結体
を該焼結温度より50℃以上低くかつ1000℃以上の
温度で再度熱処理することを特徴とする請求項1に記載
のバリスタ材料の製法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63036170A JPH068210B2 (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | バリスタ材料及びその製法 |
| US07/365,884 US5073302A (en) | 1988-02-18 | 1989-06-14 | Varistor material and process for production therefor |
| EP89111785A EP0404981B1 (en) | 1988-02-18 | 1989-06-28 | Process for production for a varistor material |
| CA000605842A CA1332107C (en) | 1988-02-18 | 1989-07-17 | Varistor material and process for production therefor |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63036170A JPH068210B2 (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | バリスタ材料及びその製法 |
| CA000605842A CA1332107C (en) | 1988-02-18 | 1989-07-17 | Varistor material and process for production therefor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01212264A true JPH01212264A (ja) | 1989-08-25 |
| JPH068210B2 JPH068210B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=25672886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63036170A Expired - Lifetime JPH068210B2 (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | バリスタ材料及びその製法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5073302A (ja) |
| EP (1) | EP0404981B1 (ja) |
| JP (1) | JPH068210B2 (ja) |
| CA (1) | CA1332107C (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0812814B2 (ja) * | 1989-07-20 | 1996-02-07 | ソマール株式会社 | バリスタ材料及びその製造方法 |
| GB2243160B (en) * | 1990-02-13 | 1994-08-10 | Honda Motor Co Ltd | A method of producing a moulded article |
| JPH0685363B2 (ja) * | 1991-09-30 | 1994-10-26 | ソマール株式会社 | 高電圧用バリスタ及びその製造方法 |
| DE4143139A1 (de) * | 1991-12-28 | 1993-07-01 | Hoechst Ag | Chirale oxiranylmethyl-ether und ihre verwendung als dotierstoffe in fluessigkristallmischungen |
| JP2623188B2 (ja) * | 1992-01-29 | 1997-06-25 | ソマール株式会社 | バリスタ及びその製造方法 |
| DE19509075C2 (de) * | 1995-03-14 | 1998-07-16 | Daimler Benz Ag | Schutzelement für einen elektrochemischen Speicher sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
| DE10134751C1 (de) * | 2001-07-17 | 2002-10-10 | Epcos Ag | Elektrokeramisches Bauelement |
| BRPI0701878A2 (pt) * | 2007-07-25 | 2009-03-10 | Univ Fed De Santa Catarina Ufsc | sistema de anÁlise de degradaÇço de varistores de àxido de zinco (zno) utilizando os parÂmetros do modelo langevin modificado |
| US8399092B2 (en) * | 2009-10-07 | 2013-03-19 | Sakai Chemical Industry Co., Ltd. | Zinc oxide particle having high bulk density, method for producing it, exoergic filler, exoergic resin composition, exoergic grease and exoergic coating composition |
| JP4771027B2 (ja) * | 2009-10-07 | 2011-09-14 | 堺化学工業株式会社 | 酸化亜鉛粒子、その製造方法、放熱性フィラー、放熱性樹脂組成物、放熱性グリース及び放熱性塗料組成物 |
| US20110081548A1 (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-07 | Sakai Chemical Industry Co., Ltd. | Zinc oxide particle, method for producing it, exoergic filler, exoergic resin composition, exoergic grease and exoergic coating composition |
| KR101339553B1 (ko) * | 2012-03-22 | 2013-12-10 | 삼성전기주식회사 | 세라믹 전자부품용 비자성체 조성물, 이를 이용한 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법 |
| CN118084478B (zh) * | 2024-01-31 | 2025-11-14 | 哈尔滨理工大学 | 一种锰酸锌陶瓷的固相反应制备方法及其掺杂改性方法 |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4094061A (en) * | 1975-11-12 | 1978-06-13 | Westinghouse Electric Corp. | Method of producing homogeneous sintered ZnO non-linear resistors |
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-
1988
- 1988-02-18 JP JP63036170A patent/JPH068210B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-06-14 US US07/365,884 patent/US5073302A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-06-28 EP EP89111785A patent/EP0404981B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-07-17 CA CA000605842A patent/CA1332107C/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS4835391A (ja) * | 1971-08-27 | 1973-05-24 | ||
| JPS61294803A (ja) * | 1985-06-24 | 1986-12-25 | 株式会社日立製作所 | 電圧非直線抵抗体の製造法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1332107C (en) | 1994-09-27 |
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