(57)【要約】      （修正有）【課題】  確実で無公害の電気セラミックのメタライズを可能にする方法を提供する。【解決手段】  電気セラミック部品（１）、例えばバリスタ（１）のための製造方法が、表面部分（５；６）にメタライズ部（３；４）を塗布する前の電気セラミック体（２）の表面部分（５；６）のレーザ照射を有することによる。レーザ照射によって、メタライズ部の良好な付着作用を可能にする表面の微小粗さ及び／又は化学的な変更を発生させることができ、電気セラミック体のメタライズすべき表面部分（５；６）の凹凸又は起伏を軽減又は排除することができる。加えて、改善された横伝導率を発生させることができ、この横伝導率に基づいて、僅かな接続抵抗及び非常に均質な電流分布が、特にメタライズ部（３；４）の近傍で得られる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気セラミック部品（１）を製造するための方法であって、焼成された電気セラミック体（２）の少なくとも１つの表面部分（５；６）にメタライズ部（３；４）が塗布される方法において、
メタライズ部（３；４）を塗布する前に、表面部分（５；６）がレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする方法。
【請求項２】
表面部分（５；６）におけるレーザ照射によって、電気セラミック（２）の材料が除去されること、また電気セラミック体（２）が、レーザ照射の後で表面部分（５；６）に隣接する縁部（９）を備え、この縁部（９）が、全く又は表面部分（５；６）よりも少なくしかレーザ光（Ｌ）を照射されないことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
表面部分（５；６）を粗面化するため、表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前にレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
表面部分（５；６）の化学的性質を変更することによってメタライズ部（３；４）の付着作用を改善するため、表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前にレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項５】
表面部分（５；６）の電気的な横伝導率を拡大するため、表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前にレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項６】
表面部分（５；６）が、電気セラミック体（２）を焼成した後に起伏を備えること、また表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前に表面部分（５；６）の起伏を軽減するためにレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項７】
レーザ光（Ｌ）として、焦点合わせされたレーザ光線（Ｌ）が使用され、特にこの場合、表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前に表面部分（５；６）の起伏を軽減するためにレーザ光（Ｌ）を照射され、レーザ光線（Ｌ）が、表面部分（５；６）の起伏を平均化する面（Ｓ）に対して平行に配設されている面（Ｓ’）上に焦点合わせされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項８】
レーザ光線（Ｌ）によって表面部分（５；６）における面単位毎に付与されるエネルギが、レーザ照射の前に湾曲した表面部分（５；６）を均等化するために表面部分（５；６）上の場所に依存して選択されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項９】
レーザ光線（Ｌ）の光出力及び／又はレーザ光線（Ｌ）のビーム直径及び／又は時間単位毎にレーザ光線（Ｌ）によって照射される面及び／又は表面部分（５；６）の部分面が晒される照射の数が表面部分（５；６）上の場所に依存して選択されることによって、レーザ光線（Ｌ）によって表面部分（５；６）における面単位毎に付与されるエネルギが、表面部分（５；６）上の場所に依存して選択されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１０】
電気セラミック体（２）が、粒子構造を備えること、また表面部分（５；６）に、電気セラミック体（２）のルーズな粒子及び／又は粒子結合体、及び／又は粒子構造における亀裂に配設された電気セラミック体（２）の粒子及び／又は粒子結合体が備えられ、この場合、表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前にこのような粒子及び／又は粒子結合体を除去するためにレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１１】
表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前に、焼成後に表面部分（５；６）に残留する焼成サポートの成分を除去するためにレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする、電気セラミック体（２）が焼成している間に表面部分（５；６）の少なくとも一部分によって焼成サポート上に支承される請求項１〜１０のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１２】
表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前に表面部分（５；６）上に存在する不動態化層（７）の部分を除去するためにレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする、電気セラミック体（２）がメタライズ部（３；４）を塗布する前に少なくとも部分的に非導電性の不動態化層（７）を備えている請求項１〜１１のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１３】
電気セラミック部品（１）が、バリスタ（１）又は高温超伝導部品又はピエゾセラミック部品又はセラミックコンデンサ又はＮＴＣ又はＰＴＣサーミスタ又はセラミック抵抗又はセラミックガスセンサであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１４】
電気セラミック部品（１）がバリスタ（１）であり、電気セラミック体（２）がバリスタ体（２）であること、またバリスタ体（２）が、好ましくはＺｎＯ、ＳｎＯ2 、ＳｒＴｉＯ3 又はＴｉＯ2 をベースにしたドーピングされ焼成された金属酸化物セラミック（２）又はドーピングされたカーバイドセラミックであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１５】
電気セラミック部品（１）がバリスタ（１）であり、電気セラミック体（２）がバリスタ体（２）であること、また表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前に、表面部分（５；６）の横伝導率の電圧依存性を軽減するためにレーザ光（Ｌ）を照射されること、特に表面部分（５；６）が、メタライズ部（３；４）を塗布する前に、表面部分（５；６）の横伝導率のオームの電圧依存性を発生させるためにレーザ光（Ｌ）を照射されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１６】
電気セラミック体（２）が、本質的にシリンダ状、ディスク状、又はプレート状に形成されており、この場合、シリンダ又はディスク又はプレートの互いに平行な２つの制限面上に、それぞれ１つの表面部分（５；６）が配設されており、これら２つの表面部分（５；６）上に、それぞれ１つのメタライズ部（３；４）が溶射によって塗布されるか、電気セラミック体（２）が、本質的にチューブ状又はシリンダ状に形成されており、この場合、互いに軸方向に間隔を置いた、本質的にリング状の、チューブ又はシリンダの外側のジャケット面（８）に配設された２つの表面部分（５，６）上に、メタライズ部（３，４）が溶射によって塗布されるか、のいずれかであることを特徴とする請求項１〜１５のずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１７】
電気セラミック（２）、特にバリスタセラミック（２）にメタライズ部（３；４）を塗布するための前処理としてのレーザ照射（Ｌ）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気工学の分野、特に例えばバリスタのような電気セラミック部品に関する。この発明は、特許請求項１の上位概念による電気セラミック部品を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気セラミック部品は、電気的、電気機械的又はその他の機能を満足するために、電気的に接触可能であり、電圧を作用可能であるセラミック部品である。その本質的な成分は、電気セラミックである。電気セラミック部品のための例は、高温超伝導部品、ピエゾ電気結晶部品、セラミックコンデンサ、ＮＴＣ及びＰＴＣサーミスタ、セラミック抵抗、セラミックガスセンサ及びバリスタである。最後のものについては、以下で、より正確に立ち入る。
【０００３】
バリスタは、非線形の電流−電圧特性曲線を有する電気セラミック部品であり、これらの電気セラミック部品は、特に中電圧、高電圧、しかしながらまた低電圧範囲内の導体として使用される。主に、金属酸化物バリスタが使用され、これらの金属酸化物バリスタは、例えばドーピングされたＺｎＯをベースにした焼成されたバリスタセラミックに基づく。接続のため、このような、また他の電気セラミックは、一般に２つ（又はそれより多く）の金属電極を備えられ、その際、接続部は、僅かな接触抵抗及び高い電流負荷能力を備えなければならない。加えて、確実で機械的に安定した接続部を保証するために、セラミック表面に対する金属層の強い付着作用を必要とする。
【０００４】
特許文献１には、半導体の表面を粗面化するための方法が開示されており、この方法では、表面が酸でエッチングされる。エッチングプロセスによって、表面の微小粗さを発生させることができる。このようにして粗面化された表面がメタライズ部を備える場合、微小粗さに基づいて半導体と金属層との間の強いかみ合いが得られ、従って、良好な付着作用が、金属層と半導体表面との間に得られる。同様のエッチング方法は、バリスタ及び他の電気セラミック部品を製造する場合に適用される。
【０００５】
このようなエッチング方法の場合、処分すべき化学的廃棄物が発生し、このような方法を実施する場合、使用される化学物質の危険性に基づいて費用のかかる安全措置が講じられなければならない。
【特許文献１】米国特許第６，１６９，０３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の課題は、上で述べた欠点を備えない冒頭で述べた様式の方法を提供することである。本発明による方法によって、特に確実で無公害の電気セラミックのメタライズが可能にされるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を、特許請求項１の特徴を有する方法が解決する。
【０００８】
更に特許請求項１７において、レーザ光の使用が請求される。
【０００９】
本発明による電気セラミック部品を製造するための方法では、焼成された電気セラミック体の少なくとも１つの表面部分にメタライズ部が塗布される。この方法は、メタライズ部を塗布する前に、表面部分がレーザ光を照射されることによって際立っている。
【００１０】
これにより、エッチング、研磨、サンドブラスト又は切削方法のような表面部分を処理するための他の方法は、無公害で迅速な方法であるレーザ光の照射によって置換することができる。加えて、レーザ照射によって、表面部分の特に有利な性質が発生可能である。
【００１１】
レーザ照射の別の重要な利点は、（メタライズすべき）表面部分の形が、簡単な方法で実際に任意に選択可能であることである。ウエットケミカル方法の場合、電気セラミック体の表面の部分を処理から除くために、例えば、マスクが電気セラミック体に装着されなければならない。レーザ照射の場合、レーザ光線は、メタライズすべき表面部分だけが照射されるように簡単に制御することができる。このようにして、簡単な方法で、電気セラミック体の一定の面、即ち一定の部分をカバーするメタライズ部（電極）を発生させることができる。
【００１２】
特に、レーザ処理によって電気セラミック体に対するメタライズ部の付着作用が高められた場合、明確に限定された電極形状は、特にメタライズ方法でも発生させることができ、これらの方法は、−少なくともマスクを使用することなく−良好に制限された表面領域に限定可能ないかなるメタライズ部も許さない（例えば、ガス相からの金属析出又は電気化学的な金属析出）。その際、レーザ照射されない表面領域では、析出した金属の付着作用が、表面部分に対してよりも少なく、従って、金属は、そこで簡単に例えばブラッシングによって電気セラミック体から除去可能である。換言すると、レーザ照射されない表面領域に対する金属の付着作用は、そこでいかなる析出も、即ちいかなるメタライズも行なわれないように僅かである。
【００１３】
特に電気セラミック体が少なくとも１つの角部によって互いに分離されている２つの外面を備え、これら２つの外面のそれぞれが、少なくとも１つのメタライズ部（電極）を備えることができ、これら２つの電極の間に電圧がかけられた場合、メタライズすべき一定の表面部分の簡単な発生の可能性が有利である。即ち、その際、表面部分の少なくとも一方は、それが角部に対して間隔を置いているように選択（及びメタライズ）することができる。その際、角部と表面部分との間に配設された少なくとも１つの縁部が存在する。この方法で、一方の電極から他方の電極への電気的なフラッシュオーバの可能性は、メタライズ部が角部にまで延在する場合に比べて軽減される。好ましいことに、両方のメタライズ部（電極）は、縁部を備える。
【００１４】
表面部分におけるレーザ照射によって、電気セラミックの材料が除去される場合、また電気セラミック体が、レーザ照射の後で表面部分に隣接する縁部を備え、この縁部が、全く又は表面部分よりも少なくしかレーザ光を照射されない場合、フラッシュオーバ強度の更なる改善が得られる。即ち、その際、レーザ照射の後、全く（又は少なくしか）レーザ照射されない縁部は、表面部分に隣接し、この縁部は、表面部分に比べて浮き出ている。縁部は、表面部分の上に突出し、特にメタライズ部の上に縁部が突出する場合、縁部を越えて電気的にフラッシュオーバする可能性を軽減することができる。
【００１５】
メタライズのために表面部分を準備するための他の方法に比べ、レーザ照射は、簡単な方法で平らな（平坦な）面ばかりでなく、湾曲した面、例えばシリンダジャケット上の面も処理することができるという利点を有することができる。
【００１６】
特に有利なことに、表面部分は、表面部分を粗面化するためにレーザ光を照射することができる。このような粗面化は、電気セラミック体へのメタライズ部の特に良好な固定のために使用される。このようにして得られた粗さは、典型的に０．１μｍ〜５０μｍ、大抵２μｍ〜２０μｍの横方向の広がりを、また典型的に０．１μｍ〜１０μｍ、大抵０．３μｍ〜５μｍの垂直方向の広がりを備える。メタライズ部の特に良好な付着作用及び剥離強度を得ることができる。高められた粗さが得られる。
【００１７】
有利なことに、表面部分は、メタライズ部を塗布する前に、表面部分の化学的性質を変更することによってメタライズ部の付着作用を改善するためにレーザ光を照射される。エッチング方法と同様に、レーザ照射によって、例えば表面の酸化物の化学量を変更することにより、電気セラミック体の表面の化学的な組成を変更することができる。表面部分の化学的な組成が変更されることによって、メタライズ部の付着作用は更に改善することができる。
【００１８】
大変有利なことに、表面部分は、表面部分の電気的な横伝導率（Querleitfaehigkeit）を拡大するためにレーザ光を照射することができる。
【００１９】
焼成された電気セラミック体の表面は、大抵本質的に焼成された電気セラミック体の容量と同じ電気特性を有する。しかしながらしばしば、僅かな接続抵抗のために、より大きな横伝導率が望ましい。表面部分上に間隔を置いて２つの電極が取り付けられている場合の電流−電圧比から得られる横伝導率は、レーザ照射によって明らかに、特に数オーダーだけ軽減することができる。
【００２０】
バリスタの場合、非常に大きな電気抵抗が、特に電圧がバリスタの切換え電圧以下である（電圧降下の）場合に存在する。表面部分上に間隔を置いて２つの電極が取り付けられている場合の電流−電圧比から得られる横伝導率は、レーザ照射によって明らかに、特に少なくとも１つ又は２つ又は少なくとも７〜９つに至るまでのオーダーだけ、バリスタにかけられている電圧に依存して軽減することができる。横伝導率のためには、薄い表面領域だけが重要である。
【００２１】
この方法で、メタライズ部から電気セラミック体（バリスタ体）への僅かな接触抵抗が得られる。電気セラミック（バリスタ）は、これにより有利な電気特性及び改善された接続性を備える。接触抵抗は明らかに低減することができる。
【００２２】
大抵、表面部分は、セラミック体を焼成した後に起伏を備える。即ち、表面部分は、変形を備える。このような起伏又は変形は、典型的に５０μｍ〜３０ｍｍ、大抵１００μｍ〜〜１０ｍｍの横方向広がりを、また典型的に５μｍ〜５００μｍ、大抵１０μｍ〜２００μｍの垂直方向の広がりを備える。メタライズ部を塗布する前にレーザ光を照射することによって、表面部分のこの起伏は軽減することができる。即ち、凹凸又は起伏の垂直方向の広がりが軽減される。表面部分は平滑にされる。
【００２３】
これにより、電気セラミック部品の改善された電気及び機械的な特性が得られる。何故なら、電気場の、電流の、及び機械的な（圧力）負荷のより均質な分布が得られるからである。
【００２４】
例えば、バリスタは、しばしば大きな機械的な圧力の下で接続される。即ち、有利にバリスタの互いに向かい合って位置する側に配設された２つのメタライズ部上に、良好な電気接続を保証するために、典型的にアルミニウムから成るそれぞれ１つの接続プレートが圧着される。起伏が（レーザ照射の前に）大きい場合、接続プレートとメタライズ部との間の機械及び電気的な接続が、相対的に僅かで相対的に広く間隔を置いた表面部分上の接点においてのみ存在する。これにより、接続プレートの接触圧は、バリスタ体（電気セラミック体）への力の導入を非常に不均質にする。加えて、電流サージ（電流パルス）の場合、圧力サージ（機械的な圧力波）は、接点が少ないほど一層大きくなる接点において生じる。加えて、電流サージは、接点での局所的な加熱に通じる。言及した３つの現象のそれぞれは、一般に、急速にセラミック内に亀裂を形成させる。亀裂は、大抵、表面近傍に存在し、その開始点は、一般に（少ない）接点の近傍に見られる。このような亀裂は、メタライズ部とセラミック並びにバリスタ体との間の電気及び機械的な接続を低下させる。セラミックが、メタライズ部を塗布する前に適当な方法でレーザ光を照射される場合、起伏は、（特にその垂直方向の寸法が）明らかに軽減することができ、従って、接点の明らかにより多くの数及び密度が存在する。相応に、メタライズ部を塗布するためにバリスタセラミック／電気セラミックを前処理するためにレーザ照射を使用することは、バリスタ／電気セラミック部品の停止時間を明らかに延長させることができる。均質な電流分布及び均質な圧力分布が共通のメタライズされた表面にわたって得られる。同様の問題は、他の電気セラミックの場合、メタライズの前にレーザ照射をすることによって解決される。
【００２５】
製造方法の特に好ましい変形例では、レーザ光として、焦点合わせされたレーザ光線が使用される。特に、表面部分は、メタライズ部を塗布する前に表面部分の起伏を軽減するために焦点合わせされたレーザ光線を照射され、これにより、特に良好で効率的な表面部分の均等化が得られる。レーザ光線のエネルギ密度は、この方法では、電気セラミック体の表面の近傍で最大化することができるのに対して、更にセラミック体の内部（表面の下）では、軽減されたエネルギ密度が、従ってセラミック材料への比較的僅かな影響が存在する。特にレーザ光線は、表面部分の起伏を平均化する面に対して平行に配設されている面上に焦点合わせされる。これにより、特に良好な均等化が、従って特に僅かな表面部分の起伏が得られる。
【００２６】
特に好ましい更なる実施形は、レーザ光線によって表面部分における面単位毎に付与されるエネルギが、レーザ照射の前に湾曲した表面部分を均等化するために表面部分上の場所に依存して選択されることによって際立っている。レーザ光線によって表面部分における面単位毎に付与されるエネルギが、表面部分上の場所に依存して選択される場合、このことは、有利に、レーザ光線の光出力及び／又はレーザ光線のビーム直径及び／又は時間単位毎にレーザ光線によって照射される面及び／又は表面部分の部分面が晒される照射の数が表面部分上の場所に依存して選択されることによって行なうことができる。
【００２７】
これにより、典型的に０．１ｍｍ〜３ｍｍのオーダーの垂直方向の広がりを有する好ましくない形状の逸脱は、排除することができ、少なくとも明らかに軽減することができる。その際、レーザ光線は、例えば何度も均等化すべき領域を移動することができるか、及び／又は隣接する狭いラスタラインの均等化すべき領域内で移動するか、及び／又はラスタラインがゆっくりと及び／又は比較的大きな光強度でもって移動することができる。レーザ照射の前又はレーザ照射の間、セラミックは、有利に、形状の逸脱の程度及び相応に必要なレーザ強度を設定するために測定される。場所に依存した材料除去は、表面部分において得られる。特に、場所に依存した除去比のない焦点合わせされたレーザ光線の使用を可能にするよりも大きな起伏又は形状の逸脱も修正することができる。
【００２８】
本発明の別の有利な実施形では、電気セラミック体が、粒子構造を備え、表面部分に、電気セラミック体のルーズな粒子及び／又は粒子結合体が備えられるか、及び／又は粒子構造における亀裂に、電気セラミック体の粒子及び／又は粒子結合体が備えられる。表面部分は、メタライズ部を塗布する前にこのような粒子及び／又は粒子結合体を除去するためにレーザ光を照射される。バリスタにおけるこのような粒子の典型的な直線寸法は、１０μｍ〜数１００μｍである。
【００２９】
表面部分の機械的な処理によって（例えば、切断、研磨又はブラッシングによって）、亀裂のような欠陥は、セラミック体に、特に最上の粒子層内にもたらされ得る。その際、表面部分の最上層は、しばしばルーズな粒子結合体から成り、これにより、メタライズ部の付着作用が低下させられる。このようなルーズな又は亀裂に配設された粒子又は粒子結合体は、レーザ照射によって除去することができ、従って、良好で均質な電気及び機械的な接続（高い引張り強さ）が、セラミックとメタライズ部との間に得られる。
【００３０】
典型的に、電気セラミック体は、焼成している間、表面部分の少なくとも一部分によって焼成サポート上に支承される。この場合、焼成サポートの成分が焼成プロセスの終了後に表面部分に残留することが生じる。有利なことに、レーザ光を表面部分に照射することによってメタライズ部を塗布する前に焼成サポートのこのような成分は除去することができる。このようにして、表面部分の均質な性質が得られ、この性質には、焼成サポートのこのような成分によって引き起こされる電気特性における局所的な相違がない。
【００３１】
メタライズ部を塗布する前又は後に、電気セラミック体は、少なくとも部分的に非導電性の不動態化層を備えることができる。このような不動態化層がメタライズ部を塗布する前に塗布される場合、不動態化層の部分が表面部分に存在することが生じ得る。この場合、好ましいことに、表面部分は、メタライズ部を塗布する前に、表面部分に存在するこのような不動態化層の部分を除去するためにレーザ光を照射される。このような不動態化層の部分に基づいて生じるメタライズ部と電気セラミック体との間の大きく不均質な接触抵抗は回避され、従って、一様な電気特性及び僅かな抵抗が、メタライズ部と電気セラミック体との間に得られる。
【００３２】
電気セラミック部品は、例えば、バリスタ又は高温超伝導部品又はピエゾセラミック部品又はセラミックコンデンサ又はＮＴＣ又はＰＴＣサーミスタ又はセラミック抵抗又はセラミックガスセンサとすることができる。
【００３３】
電気セラミック部品がバリスタであり、電気セラミック体がバリスタ体である場合、好ましくは、バリスタ体は、特にＺｎＯ、ＳｎＯ2 、ＳｒＴｉＯ3 又はＴｉＯ2 をベースにしたドーピングされ焼成された金属酸化物セラミック又はドーピングされたカーバイドセラミック、例えばＳｉＣである。
【００３４】
セラミック体がバリスタ体である場合、大変有利なことに、バリスタ体の表面部分は、表面部分の横伝導率の電圧依存性を軽減するためにレーザ光を照射することができる。特に、レーザ照射の前に存在するバリスタ状の横伝導性の電圧依存性は、（ほぼ）オームの特性曲線に変換することができる。
【００３５】
焼成されたセラミック体の表面は、一般に本質的に焼成されたセラミック体の容量と同じ電気特性を有する。即ち、大きな電気抵抗を有する著しく非線形の電流−電圧特性曲線が、電圧がバリスタの切換え電圧以下（電圧降下）ある場合に備えられる。表面部分の横伝導率の著しい電圧依存性は、本質的に線形な、即ちオームの特性曲線が備えられる程に軽減することができる。かけられている電圧に対する表面部分内を流れる電流のバリスタ状の著しく非線形の依存性の代わりに、レーザ照射の後、本質的にオームの横伝導率の特性が存在する（薄い表面領域内に）。これにより、バリスタは、有利な電気特性及び改善された接続性を備える。
【００３６】
更なる好ましい実施形では、電気セラミック体が、本質的にシリンダ状、ディスク状、又はプレート状に形成されており、この場合、シリンダ又はディスク又はプレートの互いに平行な２つの制限面上に、それぞれ１つの表面部分が配設されており、これら２つの表面部分上に、それぞれ１つのメタライズ部が塗布される。メタライズ部の塗布は、好ましくは溶射によって行なわれる。
【００３７】
更なる好ましい実施形では、電気セラミック体が、本質的にチューブ状又はシリンダ状であり、この場合、互いに軸方向に間隔を置いた、本質的にリング状の、チューブ又はシリンダの外側のジャケット面に配設された２つの表面部分上に、それぞれ１つのメタライズ部が塗布される。メタライズ部の塗布は、好ましくは溶射によって行なわれる。
【００３８】
本発明によるレーザ光の使用にあっては、このレーザ光が、電気セラミック、特にバリスタセラミックにメタライズ部を塗布するための前処理として使用される。
【００３９】
更なる好ましい実施形及び利点は、従属する特許請求項及び図から分かる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下で、本発明の対象を、添付図に図示されている好ましい実施例を基にして詳細に説明する。
【００４１】
図面で使用される符号及びその意味は、符号リストにまとめてリストアップされている。基本的に、図において同じ又は同じ作用をする部分は、同じ符号を備えている。説明する実施例は、模範的に発明の対象のためにあり、いかなる限定作用も有さない。
【００４２】
図１は、概略的に、電気セラミック部品の例としての本発明により製造されたバリスタ１を経る断面図を示す。バリスタは、本質的にシリンダ状に形成されており、バリスタ体２を備える。シリンダのカバー及び底部の面は、表面部分５もしくは６を構成し、これらの表面部分は、メタライズ部３もしくは４を備えている。メタライズされてないシリンダ状の周面は、不動態化層７を備えている。
【００４３】
バリスタ１は、好ましいことに、高電圧、中電圧、又は低電圧の領域における過電圧保護のために使用される。バリスタのテーマと好んで使用される材料に対する一般的な背景は、例えば本「Ceramic Transaction」Vol.3, L. M. Levinson著, American Ceramic Society, 1988又は刊行物D. R. Clarke, Varistor Ceramic, J. Am. Ceram. Soc, 82(1999), pp.485-502から読取り可能である。最後に挙げた刊行物は、ここにその全開示内容と共に本明細書に収容される。電気セラミックのテーマと好んで使用される材料に対する一般的な背景は、例えば本「Ceramic Materials for Electronics」Relva C. Buchanan著, Electrical Engineering and Electronics/31, 1986から読取り可能である。
【００４４】
バリスタ体２は、好ましくは金属酸化物、特にＺｎＯをベースにした焼成されたセラミックである。金属酸化物のベース以外に、バリスタ体２は、ドーピング物として別の要素、例えばＢｉ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒを含む。好ましいことに、バリスタ体２は、一つの部材として形成されている。
【００４５】
メタライズ部３，４は、バリスタ体２を接続するために使用され、その点に限れば電極３，４を構成する。メタライズ部３，４は、高い電流負荷能力及び低いセラミック２との接触抵抗を備える。加えて、メタライズ部は、セラミックに対する良好な付着作用（高い引張強さ）を備えるべきである。メタライズ部３，４は、好ましくはＡｌ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ又は例えば真鍮のような合金から成る。
【００４６】
メタライズ部３，４は、表面部分５もしくは６に塗布されている。図１において、表面部分５，６は、シリンダ状のバリスタ体２の底部もしくはカバーの面に相当する。しかしながらまたこれらの表面部分は、大きくてもよく、底部もしくはカバーの面を含んでいるか小さくてもよく、場合によっては、底部もしくはカバーの面によって含まれていてもよい。図１では、メタライズ部３，４が、完全に表面部分５，６上に配設されている。
【００４７】
不動態化層７は、非導電性であり、好ましいことにガラス状、セラミック状であるか、ポリマーである。
【００４８】
バリスタ１を製造するために、バリスタセラミック２の成分は、粉末状に混合され、プレスされ、その後、焼成サポート上に支承され、典型的に９００°Ｃ〜１５００°Ｃの温度で焼成される。その後、バリスタセラミック２の機械的な粗クリーニングを、例えばブラッシングによって行なうことができる。
【００４９】
このようにして作くられた焼成セラミック２の表面は、その後完全に又は好ましくは部分的にレーザ光線を照射される。図１に図示されたバリスタ１の場合、底部及びカバーの面は、完全にレーザ照射される。好ましいことに、レーザ光線は、ラスター状の方法で照射すべき表面にわたって案内される。レーザ照射のための好ましいパラメータは、
−６００ｎｍ〜１４０００ｎｍ、好ましくは９００ｎｍ〜１２００ｎｍ、特に１０６４ｎｍ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）又は１０６００ｎｍ（Ｃｏ2 レーザ）の光波長であり、
−５００Ｈｚ〜８０ｋＨｚ、好ましくは５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ（ｃｗ運転も可能である）のパルス周波数のパルス化されたビームであり、
−６０Ｗ〜２００Ｗ、好ましくは８０Ｗ〜２００Ｗの平均レーザ出力であり、
−０．１ｃｍ2 ／ｓ〜２０ｃｍ2 ／ｓ、好ましくは０．５ｃｍ2 ／ｓ〜４ｃｍ2 ／ｓの照射の面積比である。
【００５０】
好ましいことに、それぞれの面セグメントは、一度しか照射されないが、しかしながらまた、二度又はそれ以上の回数を同じ面セグメントに照射することも可能であり、有利であるとできる。
【００５１】
レーザを照射される領域（スキャン領域）が電気的に又はコンピュータの支援を受けて制御可能であるので、複雑な幾何学形状を発生させることもでき、複雑に形成されたバリスタ体を処理することもできる。例えば、長方形に形成された電極及び例えばバリスタ体の周囲に沿って延在するチューブ状又はシリンダ状のバリスタ体のジャケット面上の電極が実現可能である（例えば図６を参照のこと）。
【００５２】
好ましいことに、焦点合わせされたレーザ光線が使用される。典型的な焦点距離は、１０ｍｍ〜８００ｍｍ、好ましくは５０ｍｍ〜２５０ｍｍである。
【００５３】
図２は、概略的にレーザ照射前の焼成されたバリスタ体２を経る断面図を示す。レーザ光線Ｌは、その焦点Ｆと共に図示されている。図示された表面部分５は、主に焼成サポートの痕跡に由来している起伏を備える。この起伏は、典型的に１０μｍ〜数ミリメートルのオーダーの横方向寸法Δを、また１０μｍ〜０．５ｍｍのオーダーの典型的な垂直方向寸法Ｄを有する。図２には、表面部分５（太い線によって図示された）の周りで曲線を描く細く示された線によって、焼成されたバリスタ体表面が一般的に更にある程度の（微視的な）粗さも備えることが図示されている。
【００５４】
表面部分５の起伏を平均化する面は、図２ではＳとして示されている。シリンダ状のバリスタ体２（図１参照）のカバー面の場合、面Ｓは平坦な面である。バリスタ体２内の電場の目的の均質性に基づいて、一般的に電極３，４の平坦な形が好ましく、従って、面Ｓは好ましくは平坦である。起伏の垂直方向寸法を軽減するために特に適しているのは、レーザ光線Ｌの焦点Ｆが、常に面Ｓに対して平行な面Ｓ’に位置するように案内される場合である。面Ｓ’は、有利なことにバリスタ体２の容量に面する面Ｓの側に、好ましくは０．１ｍｍ〜２ｍｍの間隔を置いて配設されている。焦点合わせされたレーザ光線の使用によって、深さに依存したエネルギ密度及びレーザ光線の除去出力が得られる。
【００５５】
焼成の後焼成サポートの部分がバリスタ体２の表面に残留することが生じ得る。このような焼成サポート成分は、レーザ照射によって除去することができる。同様に、他の汚れをレーザ照射によってバリスタ体２の表面から除去することが可能である。有利なことに、レーザ照射の前に、更に機械的な粗クリーニング、例えばブラッシングを行なうことができる。
【００５６】
図３は、概略的に断面図に、レーザ照射後の図２による表面部分５からの拡大された切取り部分を示す。起伏は、実際に除去されている。これにより、非常に均質な場分布及び一様な電流分布が得られる。加えて、表面部分５は粗さを備える。この微小粗さは、典型的に１μｍ〜１０μｍのオーダーの横方向寸法及び１μｍのオーダーの垂直方向寸法を有する。微小粗さは、レーザ照射された表面部分５に対するメタライズ部の良好な付着作用を生じさせる。好ましく発生させられた微小粗さＲa は、１μｍ〜４μｍであり、従って、１μｍ〜１．５μｍの深さのエッチングによって発生させられる通常の微小粗さに対して等価であるか、又はまさに明らかに大きい。
【００５７】
レーザ照射は、特に後続のメタライズのためのバリスタセラミック２の前処理のために使用される。メタライズ部３，４は、好ましくは溶射、例えばアーク溶射によって表面部分５，６に塗布される。溶射によって塗布される金属層のために、メタライズすべき表面の十分な粗さが特に重要である。何故なら、付着作用は、本質的に機械的に条件付けられており、全く又はほとんど化学的に条件付けられていないからである。例えばＰＶＤ、スパッタ、電気化学的な分離、又はシルクスクリーン印刷のような別のメタライズ方法（コーティング方法）が、同様に可能である。
【００５８】
当然、面はレーザ照射することができ、その際、この面の一部分（即ち、表面部分５もしくは６）だけはメタライズされる。例えば、底部もしくはカバーの面全体がレーザ照射されてもよく、その際には、これらの面が、部分的にだけメタライズ部３，４を備える。
【００５９】
しかしながらまた、レーザ照射によって、表面部分の化学的な組成を変更することもできる。この方法で、改善された付着作用が、メタライズ部と塗布された金属との間に得ることができる。
【００６０】
メタライズ部３，４を塗布する前又は後に、有利に不動態化層７が塗布される。この不動態化層は、絶縁層である。不動態化層７が、メタライズ部３，４を塗布する前に塗布される場合、これにより非導電性の、ガラス状の、又はポリマーの残留物が表面部分５，６上に達することができる。電場の不均質で、電気的な絶縁破壊へと導くことができるこのような残留物は、レーザ照射によって除去することができる。
【００６１】
図４には、バリスタ体のレーザ照射されてない表面部分（円及び正方形）上及びレーザ照射された表面部分（三角形及びひし形）上に塗布された２つの電極によって測定された電流−電圧特性曲線が二重対数で図示されている。電極の間にかけられた電圧Ｖは、電極の間に流れる電流Ｉに対してプロットされている。電極の間の間隔は、正方形及びひし形によって図示されたデータに対して３ｍｍであった。円及び三角形によって図示された測定点に対して、電極間隔は４ｍｍであった。明らかに、レーザ照射されてない表面部分上で測定されたデータ（円及び正方形）の場合、バリスタ側の特性は、８００Ｖ〜１０００Ｖの電圧降下によって認識可能である。レーザ照射された表面部分上で測定されたデータ（三角形及びひし形）の場合、オームの特性が明らかに視認可能である。加えて、接続抵抗は、明らかにレーザ照射なしよりも少ない。横伝導率は、レーザ照射によって劇的に高められる。測定された電圧範囲では、抵抗が４〜９のオーダーだけ軽減されている。
【００６２】
図５は、本発明の別の図解のために使用され、図１と同様のバリスタ１を示す。従って、図５は、図１を前提として説明される。図１におけるバリスタ１とは違って、電極３，４は、図５ではシリンダのカバーもしくは底部の面全体ではなく、一部分だけを占め、従って、表面部分５及び６に隣接するそれぞれ１つの縁部９もしくは１０が得られる。縁部９もしくは１０は、電気的な絶縁破壊の可能性を軽減する。メタライズ部３，４が、図１からの例におけるように、シリンダジャケット面をシリンダのカバーもしくは底部の面から分離する角部に至るまで延在する場合、電圧がかけられた場合の両方のメタライズ部の間の電気的な絶縁破壊は、図５からの縁部９，１０によるよりも大いにあり得る。
【００６３】
表面部分５，６のレーザ照射によって材料除去が行なわれたことが明らかに図示されている。縁部９，１０は、表面部分５，６の上に突出する。メタライズ部３及び４は、図６では異なった様式で形成されている。しかしながらむしろ、標準的には、同じ様式の２つのメタライズ部３，４が望ましい。
【００６４】
表面部分５のメタライズ部３は、このメタライズ部が縁部９の上に突出するような厚さである。これにより、接続部材（図示されてない）によってより容易な接続性が得られ、この接続部材は、少なくともほぼ表面部分５のような大きさである。
【００６５】
メタライズ部３の付着作用は、レーザ照射によって表面部分５上で高められる。メタライズをしている間に一般に金属が縁部９に付着させることができる場合、金属は、そこでは明らかに表面部分５上の金属よりも僅かに付着する。これにより、場合によっては縁部９上に堆積する金属は、簡単に除去することができ、従って、レーザ照射によって限定される電極幾何学形状が生じる。
【００６６】
表面部分６は、表面部分５とは違って、縁部１０によって突出されるように薄いメタライズ部４を備えている。これにより、縁部１０は、電気的な絶縁破壊に対する（付加的な）障壁を構成する。
【００６７】
エッチング方法は、セラミック体がエッチング浴内へと置かれ、従ってセラミック全体が、即ちメタライズすべき表面部分もメタライズすべきでない表面部分もエッチングされるという欠点を有する。これは、セラミックの電気特性に負の影響を与える。メタライズすべきでない表面部分をエッチングの間カバーすることは、困難であり、費用がかかる。レーザ照射は、このようなマスクを必要としない。
【００６８】
図６は、平坦でない電極３，４のための例を示す。図示された電気セラミック部品１（例えばバリスタ１又はピエゾセラミック１）は、チューブ状のセラミック体２を備える。電極３，４は、チューブの外側のジャケット面８上に配設されており、リング状にジャケット面８を包囲するように形成されている。レーザ照射によって、このような表面部分が、またより複雑に形成された表面部分も、処理可能である。
【００６９】
基本的に、レーザ処理は、空気中で、また他のガス環境（例えばＮ2 、Ｈ2 、Ｏ2 ）中でも、行なうことができる。これにより、照射された表面部分の導電率及び化学的な組成に影響を与えることができる。
【００７０】
即ち、バリスタ体の本発明によるレーザ照射によって、メタライズすべき電気セラミック体の表面部分の凹凸又は起伏は、軽減又は排除することができ、メタライズ部の良好な付着作用を可能にする表面部分の微小粗さ並びに化学的な表面組成の変更が発生させられる。加えて、バリスタセラミックの場合、少なくともほぼオームにより伝導する大きな横伝導率を有する表面を発生させることができ、この横伝導率に基づいて、非常に均質な電流分布が特にメタライズ部の近傍に得られる。更に、特に焼成サポート又は不動態化層の塗布に由来する残留物の除去が可能である。更に、別の有利な作用及び実施形は、上で述べている。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明によるバリスタを経る断面図を示す。
【図２】レーザ光を照射する前の表面部分を示す。
【図３】レーザ光を照射した後の表面部分を示す。
【図４】バリスタのレーザ照射された表面部分とレーザ照射されてない表面部分の電流−電圧特性曲線を示す。
【図５】部分的にメタライズされた表面を有する本発明によるディスク状のバリスタを経る断面図を示す。
【図６】リング状の電極を有するチューブ状の電気セラミックの３次元図を示す。
【符号の説明】
【００７２】
１          電気セラミック部品、バリスタ
２          電気セラミック、電気セラミック体、バリスタセラミック、バリスタセラミック体
３，４      メタライズ部、電極
５，６      表面部分
７          不動態化層
８          外側のジャケット面
９，１０    縁部
ｄ          粗さの典型的な垂直方向寸法
Ｄ          起伏の典型的な垂直方向寸法
δ          粗さの典型的な横方向寸法
Δ          起伏の典型的な横方向寸法
Ｆ          レーザ光線の焦点
Ｌ          レーザ光、レーザ光線
Ｓ，Ｓ’    面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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