Elaboration and characterization of high breakdown field zinc oxide based varistors
Élaboration et caractérisation de varistances à fort champ de seuil à base d’oxyde de zinc
Résumé
This work aims to increase knowledge of a high-field varistor elaboration process based on soft chemistry and powder metallurgy. Varistors are voltage-dependant resistors, generally used as surge suppressors in various electrical systems.
First, the effect of three synthesis parameters on the powders’ physico-chemical properties were studied. These process parameters are dopants concentration (cobalt and manganese) as well as the duration of two ripening steps, after the addition of sodium hydroxide and oxalic acid to the chloride precursor solution.
Sintering mechanisms in conventional kiln were then studied according to the Master Sintering Curve method. This method allows to determine the apparent activation energy for the material’s densification process and has been used to investigate the effect of sodium on varistors’ densification.
Sodium is initially added to improve the material’s electrical stability.
Effect of sintering in conventional kiln was also studied using a design of experiments. Three sintering parameters were chosen to optimise the thermal cycle: heating rate, maximum temperature and dwell time. These experiments allowed to propose a thermal treatment producing varistors with technical specification consistent density and breakdown-field.
Finally, microwave varistor-sintering was investigated. A monomode cavity was used in order to evaluate the effect of either electrical or magnetic field on varistor sintering.
Ce travail vise à améliorer les connaissances liées à un procédé d'élaboration de varistances à fort champ de seuil par chimie douce et métallurgie des poudres. Les varistances sont des composants électriques à résistivité variable en fonction du champ électrique qui leur est appliqué. Ces composants sont généralement utilisés dans les dispositifs de protection contre les surtensions.
Dans un premier temps, la sensibilité des caractéristiques physico-chimiques des poudres à trois paramètres de synthèse a été vérifiée. Ces paramètres sont la teneur en dopants (cobalt et manganèse) et les temps de mûrissement des poudres en suspension après précipitation lors de deux étapes de la synthèse.
Par la suite les mécanismes de frittage en four conventionnel ont été étudiés par la méthode MSC. Elle permet d’estimer l’énergie d’activation liée à la densification du matériau. Ce travail a conduit à comparer la densification de matériaux avec et sans sodium. Cet additif est initialement ajouté dans le but d’améliorer la stabilité électrique du matériau.
Parallèlement, l’influence des paramètres de frittage en four conventionnel sur les propriétés structurales et électriques des céramiques a été étudiée à l’aide d’un plan d’expériences. Trois paramètres de frittage ont été sélectionnés : la vitesse de montée en température, la température et
la durée de palier. Cette étude a permis de proposer un cycle thermique permettant d’obtenir une densité et un champ de seuil conforme aux spécifications désirées.
Enfin, le frittage de céramiques par micro-ondes a été étudié. L’utilisation d’une cavité monomode permet d’évaluer séparément l’influence des champs électrique et magnétique.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
