Title

COMPORTAMENTO ELETROTÉRMICO E CARACTERÍSTICAS MICROESTRUTURAIS DE CERÂMICAS VARISTORAS À BASE DE ÓXIDO DE ZINCO

ELECTROTHERMAL BEHAVIOR AND MICROSTRUCTURAL CHARACTERISTICS OF ZINC OXIDE-BASED VARISTOR CERAMICS

Authorship

Furtado, José Geraldo de Melo; Saléh, Luiz Antônio; Serra, Eduardo Torres; Lima, Jorge Henrique Greco; Nóbrega, Maria Cecília de Souza

Furtado, José Geraldo de Melo

I am this author

Saléh, Luiz Antônio

I am this author

Serra, Eduardo Torres

I am this author

Lima, Jorge Henrique Greco

I am this author

Nóbrega, Maria Cecília de Souza

I am this author

DOI

10.5151/2594-5327-0146

Downloads

Abstract

Os aspectos concernentes à corrente de fuga existente em varistores à base de óxido de zinco sob diversas condições de operação são de fundamental importância para o projeto e especificação desses dispositivos utilizados em sistemas de proteção contra sobretensões. Este trabalho tem por objetivo investigar as relações entre características microestruturais e a estabilidade eletrotérmica de cerâmicas varistoras à base de óxido de zinco. Os resultados evidenciam que a corrente de fuga e a capacidade de um varistor de absorver e de dissipar energia dependem de vários parâmetros, tais como o grau de densificação do corpo cerâmico, a distribuição de fases precipitadas, a distribuição de tamanhos de grão e a homogeneidade composicional, além da composição química específica do dispositivo, especialmente os tipos de dopantes empregados. Varistores à base de ZnO dopados com terras-raras, exibindo microestrutura menos complexa que a dos varistores convencionais, apresentaram melhor comportamento dielétrico. Para uma composição química fixa, uma estreita distribuição de tamanho de partícula proporcionou menores valores de corrente de fuga, bem como melhor estabilidade eletrotérmica.

The aspects concerned with the leakage current, energy absorption and heat dissipation capacity of a varistor under several operation conditions are very important to the design, the performance and the degradation behavior of these devices used in protection systems against overvoltages. The aim of this work is to evaluate the relationships between microstructural characteristics and the electrothermal stability of zinc oxide-based varistor ceramics. Scanning electron microscopy, X-ray energy dispersive spectroscopy, voltage-current characteristics, heat dissipation factor and densification level of the produced varistors were used to evaluate the relationships between ceramic processing parameters, microstructural aspects and the varistor properties of several zinc oxide-based ceramics produced. The results evidence that the leakage current, energy absorption and heat dissipation capacity of a varistor depend of various parameters, such as densification level, precipitated phases distribution, grain size distribution and compositional homogeneity, beyond the specific chemical composition of the device, specially the dopants nature. Rare-earth-zinc oxide-based varistors, exhibiting simpler microstructure, present better dielectric behavior. For a fixed chemical composition, a narrow size particle distribution resulted in smaller values of leakage current, as well as better electrothermal stability.

Keywords

Varistores; Eletrocerâmicas; Estabilidade eletrotérmica.

Varistor ceramics; Electroceramics; Electrothermal stability.