DE1465230A1

DE1465230A1 - Elektrischer Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1465230A1
Application number: DE19651465230
Authority: DE
Inventors: Chadwick George F
Original assignee: Air Reduction Co Inc
Current assignee: Airco Inc
Priority date: 1964-11-10
Filing date: 1965-11-02
Publication date: 1969-04-03
Also published as: US3382574A; NL6513572A; ES317407A1; SE314428B; BE667242A; AT270806B; FR1440529A; GB1068699A; DK116008B; LU49129A1

Description

dr. MÜLLER- BORi DlPL-JNe. 0RALFS 1465230

DiPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL PATENTANWÄLTE

P 14 65 23O.3 München, den »Ä

Air Reduction Comp. D/Lg - A 852

ÜrspruHj/_t'ed<H //»/er

Elektrischer Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung

Priorität: USA -worn. 10. November 1964 Nr. 410 091

Die Erfindung betrifft elektrische Widerstände mit einem Paar leitender Enden und einem elektrisch zwischen den Enden liegenden Widerstandskörper. Derartige Widerstände finden in der Bundfunktechnik, in elektrischen Steuerungen und ganz allgemein in der Elektronik Verwendung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf sogenannte Schichtwiderstände. Die Widerstände können aber auch als gedruckte Widerstände auf keramischen oder sonstigen Grundkörpern verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Widerstände sowie eine Vorrichtung aur Durchführung des Verfahrens.

909014/0250

Ziel der Erfindung ist ein Wideretand und ein Verfahren zur Herstellung eineB solchen Widerstandes, der verbesserte elektrische Eigenschaften, in erster Linie eine größere Wärme Stabilität, Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit und eine längere Lebensdauer aufweist.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel dadurch, daß der Widerstandskörper im wesentlichen aus einer Mischung von Teilchen einer nichtleitenden Komponente und einer leitenden Komponente besteht, die durch ein Silikonharz zu einer einheitlichen Struktur miteinander verbunden sind, welches bei einer Temperatur von zwischen 400° und 525° G gehärtet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrischen Widerstandes ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen wärmekondensierbaren Silikonbinder mit einem !Hillstoff und einer bestimmten Menge eines pulverisierten, elektrisch leitenden Materials vermischt, der Mischung durch Formen die gewünschte Kontur und den gewünschten Querschnitt gibt und sie bei Temperaturen zwischen 400° und 525° C härtet.

Obgleich man jedes beliebige reaktionsfähige Silikon verwenden kann, wird gemäß der Erfindung ein kondensierbarer Silikontyp einem ungesättigten Typ vorgezogen.

Widerstände, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, können jede zweckmäßige Form haben, also etwa die Form von Stäben, Würfeln usw. und jeden gewünschten Abschluß wie etwa aufgepreßte Metallenden oder eingeschmolzene Drahtzuleitungen.

Der Harzbinder muß nicht notwendig während der Mischvor-

909814/0258

gauge reagieren (polymerisieren), damit die angestrebten verbesserten Eigenschaften erreicht werden. Der Binder kann aber, damit man den Widerstand während seiner Herstellung besser handhaben kann, ohne Verlust der verbesserten Stabilität des fertiggestellten Widerstandes während dieses Behandlungsschrittes polymerisieren.

Gemäß der Erfindung wird der Widerstand zunächst entweder mit einem Heißgießverfahren oder einer Kaltverformung gegossen--oder geformt und dann einem schnellen Wärmehärtungsvorgang unterworfen. Nach Wunsch kann man vorwärmen oder vorhärten - entweder gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Gießen oder Formen, um den Widerstand während der weiteren Handhabung und vor einem schnellen und bei hoher Temperatur ablaufenden Wärmehärtungsvorgang zusätzliche Festigkeit zu verleihen. Im Vergleich zum konventionellen Erhärten erzeugt das kurzzeitige, bei hoher Temperatur ablaufende Erhärten gemäß der Erfindung ganz ausgezeichnete Eigenschaften im Widerstand.

Die Härtung kann entweder in auf entsprechende Temperaturen aufgeheizten Räumen oder durch Infrarotaufheizung erfolgen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Härten von Widerständen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise erläutert. Darin zeigt:

Figur 1 ein mit einer diagrammartigen Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Widerständen nach dem kurzzeitigen, bei hoher Temperatur ablaufendem Sr'iärten gemäß der Erfindung kombiniertes Blockscarittbild,

9O98U/O2S0 BAD

Figur 2 eine isometrische Ansicht eines zuleitungslosen ■ Widerstandes, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde,

Figur 3 eine isometrische Ansicht eines anderen Widerstandes, der Anschlußleitungen an beiden Enden trägt und ebenfalls gemäß der Erfindung hergestellt wurde,

Figur 4 einen Schnitt durch die Längsachse des in Fig. 3 dargestellten Widerstandes,

Figur 5 eine graphische Darstellung, in der die Widerstandsänderung der bekannten Widerstände mit jener der gemäß der Erfindung hergestellten Widerstände vergleichen wird, wenn man die Widerstände über ausgedehnte Zeiten einer elektrischen Belastung unterwirft, und

Figur 6 eine graphische Darstellung, in der die Widerstandsänderung bekannter Widerstände mit jener der gemäß der Erfindung hergestellten Widerstände vergleichen wird, wenn man die Widerstände über ausgedehnte Zeiten der Feuchtigkeit aussetzt.

Die Mischung, die man gemäß der Erfindung zur Herstellung von Widerständen verwendet, schließt einen ßilikonharzbinder und einen Füllstoff ein, die zusammen als die "Grundmischung¹¹ betrachtet werden können. Dieser Grundmischung wird eine Menge von elektrisch leitendem Material zugesetzt, wobei diese Menge von dem gewünschten Widerstandswert des Widerstandes-abhängt.

Sieht man von solchen Lösungsmitteln ab, wie man sie ver-

909814/0250

-5-

wenden kann, um die Mischung zu erleichtern, so schließt die Grundmischung folgende Bereiche des Mischungsverhältnisses ein (alle im folgenden angegebenen Prozentzahlen sind Gewichtsprozente):

15 bis 50 % (in fester Form) Silikonharz,

50 bis 85 % Füllstoff wie etwa pulverisierter Quarz (Kieselsäure), Glimmer, Wollastonit, Asbestfasern, Stapelglasfaser oder eine Mischung aus diesen oder anderen Materialien.

Dieser Grundmischung werden vorzugsweise zwischen 1/10 und 10 % geglühten Russ oder Graphit als elektrisch leitendes Material zugesetzt. Nach Wunsch kann man Kohlenstoff oder Graphit in Mengen größer als 10 % zur Mischung zusetzen, um den Widerstandswert des sich ergebenden Widerstandes herabzusetzen. Kohlenstoff oder Graphit können bereits in der Originalmischung mit den Zutaten der Grundmischung enthalten sein, um eine Mischung zu ergeben, die man als homogen betrachten kann. Kohlenstoff oder Graphit können aber auch zur bereits fertigen Grundmischung später hinzugesetzt werden, um eine Mischung zu ergeben, die man als heterogen betrachten kann. Bessere Ergebnisse wurden erzielt, wenn man Euss verwendete, der bei 1000° C oder noch höheren !Temperaturen geglüht worden ist.

Als typisches Beispiel für die Erfindung wurde ein pulverisierter Quarzsand (Quarzmehl, das durch ein 225-Maschen-Sieb geht) zusammen mit ausreichend Toluol zur Bereitung einer feuchten Paste mit dem Silikonharz in einem bis auf etwa 90° vorgeheizten Pfleiderer Kneter gemischt.

9098U/0256

Nach inniger Durchmischung wurde ein flüssiger Katalysator zugesetzt. Es wurde sofort und unmittelbar abgesaugt, um Lösungsmitteldämpfe gleich zu beseitigen. Der Mischvorgang wurde fortgesetzt, bis sämtliches Lösungsmittel verschwunden war, was man aus der trockenen, kornartigen Erscheinung der Mischung und einem gänzlichen Fehlen von Toluolgeruch feststellen konnte.

Nach einem Mischen unter leichtem Erwärmen (60 - 70° C) zur Herabsetzung der Viskosität und zur Verbesserung des Mischvorganges begann die Harz-Füllstoffmischung, trockene krümelige Kugeln zu bilden.

Die Kügelchen wurden auf ein sauberes Stück Papier oder in Pfannen zum Kühlen ausgegossen. Nach dem Kühlen wurde die grobkörnige Mischung gemahlen. Die gemahlene Mischung wurde dann gesiebt (durch ein Sieb mit einer nfichenweite von 4-20 u) und zwar sowohl für den Mantel als für das Innere des heterogenen Widerstandes. Zur Verwendung als Kern wurden die ausgesiebten Körnchen in eine saubere, trockene Kugelmühle gebracht. Die gewünschte Menge Russ wurde zugesetzt. Die Kugelmühle wurde dann bis etwa zu einem Drittel ihrer Kapazität mit sauberen Kugeln gefüllt, und die Mischung wurde etwa 30 Minuten lang mit der Kugelmühle gemahlen.

Das Silikonharz ist vorzugsweise ein wärmekondensierendes Harz, und es wurden ausgezeichnete Ergebnisse sowohl mit Alkyl-aryl und Alkyl-Silikonen zusammen oder mit einem der beiden Silikone·allein im Widerstand erzielt. Unter denen, die besonders gute Ergebnisse liefern, sind die von der General Electric Company unter der Handelsbezeichnung 81888 und SR 211 gelieferten Silikone. Andere geeignete Harze sind z.B. die Produkte SR 220 und Dow Corning 5061 und 2105Δ der General Electric. Der bevorzugte Prozentanteil an Harz liegt

9098U/0256

zwischen 18 und 22 % der Grundmischung, wenn Quarzmehl der Hauptfüllstoff ist. Alle diese Prozentzahlen sind Gewichtsprozente. Mit sehr guten Ergebnissen wurden 21 % Harzanteil verwendet.

Zweckmäßigerweise gibt man dem Füllstoff 10 % Asbest-Fines zu, wobei dieser Prozentsatz auf die Grundmischung bezogen ist. Als besonders zweckmäßig hat sich auch ein Zusatz von 10 % Glasfasern oder Mischungen aus Asbest-Fines und Glasfasern erwiesen. Mit guten Ergebnissen wurden 0,8 mm starke Glasfasern verwendet. Glasfasern und Asbest ergeben einen Widerstand mit höherer Materialfestigkeit, ohne daß die Wärmestabilität und die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit darunter leidet. Es zeigte sich, daß durch Einschluß von 10 % Asbest-Fines anstelle eines Teils des Quarzpulvers die "Faserfestigkeit¹¹ der sich ergebenden Mischung fast um das Doppelte gesteigert werden konnte.

Ein Katalysator und ein sanfter Härtungsvorgang fanden vorteilhaft Verwendung, um dem ursprünglich grün verformten Widerstand eine etwas größere Festigkeit zu verleihen·. Die verwendete Katalysatormenge belief sich auf bis zu 1 % der Mischung, aber der Katalysator ist nicht wesentlich.

Die General Electric Company liefert unter ihrem eigenen Markenzeichen eine quaternäre Ammoniumverbindung zur Beschleunigung der Polymerisation der Silikone. Im Rahmen der Erfindung wurden auch noch eine Reihe anderer Katalysatoren verwendet, doch ergaben sie keine besseren Ergebnisse als der Katalysator der General Electric. Es wurden keinerlei Auswirkungen des Katalysatortyps oder der Katalysatorkonzentration auf die endgültigen Widerstandseigenschaften festgestellt. Es wurde jedoch festgestellt, daß der Katalysator die Festigkeit nach dem Erhärten verbesserte, wo-

9098U/0256

durch schärfere abschließende Erhärtungsschritte ermöglicht wurden. Die Beispiele für andere Katalysatoren, die Verwendung fanden, schließen unter anderem ein: Hexamethylentetramin, Hexamethylentetraminäthjodid, Bor-trifluorid, Dicyandiamid, Cobalt- und Mangantrockner und Arsenpentoxyd.

Die Widerstände wurden aus dieser Mischung durch Druckverformung mit üblichen Fabrikationspressen in Mehrfach-Matrizen hergestellt. Die Widerstände wurden 5 Minuten lang bei 4-25° C gehärtet. Zur Erzeugung der gewünschten Widerstandseigenschaften war keine Imprägnierung notwendig. Die Härtung kann durch Aufheizen in einem Ofen, durch Infrarotbestrahlung, durch Mikrowellen oder durch andere Mittel zur Zufuhr der notwendigen Energie vervollständigt werden. Als weiteres erfindungsgemäßes Beispiel wurde ein Widerstand aus einer Mischung mit den folgenden Proζentanteilen bereitet:

22 % festes Silikonharz

7,8 % Asbest-Fines und 70,2 % Quarzmehl.

Dieser Mischung wurden 0,3 % Katalysator zugesetzt. Der verwendete Katalysator war ein quaternäres Amin, das von der General Electric Company unijßr der Handelsbezeichnung 81784 geliefert wird.

Der ßilikonanteil in dieser Mischung kann mit guten Ergebnissen zwischen 10 und 25 % variiert werden. Bessere Ergebnisse erzielt man jedoch innerhalb eines Bereiches zwischen 18 und 24 %. Bei anteilmäßiger Verringerung der Asbest- und Kieselsäureanteile erzielt man jedoch eine höhere Anfangsfestigkeit im Hinblick auf die Handhabung, wenn man den Asbestanteil nur wenig oder gar nicht re-

9098U/0256

— inNachdem alles Lösungsmittel entfernt war, was sich durch das trockene Aussehen und das Fehlen von Geruch anzeigte, wurde die körnige Mischung auf das gewünschte Maß gemahlen (Siebgröße 0,42 - 0,25 mm). Der MahlVorgang wurde an verschiedenen Probensätzen mit Erfolg unter Verwendung eines Walzwerkes, einer Hammermühle und einer Stokes-Tornado-Mühle durchgeführt. Alle drei Mühlen waren zufriedenstellend. Die Korngrößenverteilung unterschied sich jedoch ein wenig in Abhängigkeit vom verwendeten Mahlkörper. Mit Hilfe der üblichen Kugelmühlentechnik (30 Minuten) wurde Russ zugesetzt.

Der Verformungsdruck beträgt vorzugsweise etwa 1,4-Tonnen je qcm. Die Anwendung eines merklichen Druckes steigert die Dichte des Widerstandes und trägt entsprechend zu seiner Festigkeit bei. Durch Einschluß eines inneren Schmiermittels in die Mischung zur Erleichterung des Ausstoßens aus der Form wurden wesentlich bessere Ergebnisse erzielt. Als Schmiermittel sind Zink-Stearat und Carnauba-Wachs geeignet.

Die Erfindung läßt sich sowohl zur Herstellung von Widerständen mit Metallenden ohne Anschlußdrähte als auch zur Herstellung von konventionellen Widerständen mit im leitenden Kern des Widerstandes eingebetteten Anschlußdrähten um einem Mantel aus elektrisch isolierendem Material um den Kern herum verwenden.

Die Erfahrung zeigt, daß die verformten (grünen) Widerstände unter Umständen keine ausreichende Festigkeit besitzen, um von ihren Zuleitungsdrähten während eines Hochtemperaturerhärtens getragen werden zu können. Die Verwendung eines kurzen, bei niedrigerer Temperatur ab-

9098U/0256

laufenden Vorhärtens läßt jedoch die Silikone bereite ausreichend polymerisieren, so daß sie die weitere Handhabung und eine schärfere Wärmebehandlung, auf die bereits hingewiesen wurde, auszuhalten vermögen. Ein Vorhärten von 15 30 Minuten bei etwa 150 - 185° C vermittelt eine erhöhte Festigkeit, ohne daß dabei ein merklicher Effekt auf die elektrischen Eigenschaften ausgeübt wird. Das nach Belieben auszuführende, bei niedriger Temperatur ablaufende Vorhärten darf nicht mit der kurzzeitigen abschließenden Hochtemperaturhärtung, welches für die Erfindung wesentlich ist, verwechselt werden. , -.

Zwei Standardtests, die zur vergleichenden Bewertung der erfindungsgemäßen Widerstände und der Widerstände nach dem bekannten Stand der Technik angewandt wurden, waren der "Belastungstest¹¹ und der "170° C - Ofenstabilitätstest¹¹. Beim Standardbelastungstest wird bei 70° C über 1000 Stunden eine elektrische Belastung angelegt (beispielsweise für einen 2 Wattwiderstand 2 Watt und nicht mehr als 500 VoTt). Die Belastung wird in wiederkehrenden Zyklen angelegt - 90 Minuten unter Belastung und 30 Minuten ohne Belastung; die Stabilität des Widerstandes wird durch Vergleiche des Widerstandes vor und nach dem Test beurteilt. Die USA Militär-Vorschrift MIL R-11D über diesen Test fordert, daß eine mittlere Widerstandsänderung 6 % nicht überschreitet und eine maximale Abweichung bei irgend einem beliebigen Stück nicht mehr als + 10 % ausmacht. Der Ofen-Stabilitätstest setzt die Proben bekannten Widerstandswertes einer Umgebungstemperatur von 170° G (ohne Belastung) über einen Zeitraum von schätzungsweise 500 oder 1000 Stunden aus, w.onach die Widerstandswerte der Teststücke neuerlich bestimmt werden.

Versuche zur Erzielung zufriedenstellender Wärme- und Belastungsstabilität bei Widerständen, denen eine abschließende

9098U/0256

U65230

Erhärtung "bei niedrigen Temperaturen über längere Zeit erfolgte, waren von bemerkenswert schlechtem Erfolg. Diese Schlußfolgerung basierte sowohl auf dem Belastungs- als auch auf dem 170° C-Ofenstabilitätstest. Sehr hohe positive Temperaturkoeffizienten wurden festgestellt zusammen mit einem raschen Abnehmen der Widerstandswerte bei Belastung.

Bei dem Hochtemperatur-Kurzzeithärten gemäß der Erfindung wurden die Widerstandstemperaturkoeffizienten mit fortlaufender Erhärtung weniger positiv und schließlich etwas parabolisch und ein wenig negativ. Die 17O⁰C-Ofenstäbilität verbessert sich bei Verwendung eines noch drastischeren Härtungsverfahrens bis zu einer Temperatur von etwa 500° C. Die Ergebnisse zur 17O⁰C-Ofenstabilität und zur Belastungslebensdauer stehen in enger Beziehung zueinander.

Das kurzzeitige, bei hoher Temperatur ablaufende Wärmeerhärten kann sich über einen Zeitraum von etwa 3 bis 15 Minuten erstrecken. Die bevorzugte Zeitdauer liegt zwischen etwa 5 und 6 Minuten. Die Temperatur sollte dabei ^wischen 400° und 525°C liegen, vorzugsweise zwischen 425° und

S. Diese Zeit scheint nicht dadurch beeinflußt zu sein, ob der Widerstand zur Erhöhung der Festigkeit des grünverformten Widerstandes vor der weiteren Handhabung vorgewärmt oder bei niedriger Temperatur vorgehärtet war oder nicht.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Widerstände sind, wie gesagt, durch ihre höhere Stabilität und ausnutzbare Lebensdauer unter sich ändernder Temperatur, Feuchtigkeit und Belastung gekennzeichnet. Diese Überlegenheit gegenüber den bekannten Kohleschichtwiderständen wurde durch Vergleich der erfindungsgemäßen Widerstände mit solchen

9098U/0256

bekannten Widerständen in den Standardtests nachgewiesen. Fig. 5 zeigt die Widerstandsänderung über der Zeit unter ßtändardbelastungsbedingungen für

1. Widerstände, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden,

2. silikongebundene Widerstände, die mit dem konventionellen Härtungsverfahren bei niedriger Temperatur hergestellt wurden und

3. konventionellen phenolisch gebundenen Widerständen.

Aus Figur 5 ergibt sich ganz deutlich, daß der erfindungsgemäße Widerstand die bekannten Silikon-Binder-Widerstände nach weniger als 500 Stunden unter Belastung weit übertrifft und in ähnlicher Weise den konventionellen, Phenol-Binder-Widerständen nach weniger als 5000 Stunden überlegen ist.

Daraus ergibt sich, daß die Erfindung Widerstände mit hervorragender Belastungs-Lebensdauerstabilitat schafft. Es wurde Jedoch festgestellt, daß man gegenüber einer Erhärtung in Luft noch bessere Ergebnisse erzielt, wenn der Widerstand in einer Stickstoffatmosphäre erhärtet wird. Beim Durchlaufharten in Stickstoff ändern sich beispielsweise Widerstände, die etwa 5 Minuten lang bei 525°C erhärtet wurden, nach einem 9000 Stunden-Test kaum in ihrem Widerstandswert, wobei sich die Änderung im Mittel um + 1,5% bewegt.

Belastungs- und Ofenstabilitätstest zeigen etwas unterschiedliche Ergebnisse bei unterschiedlichen Silikonarten. Die Variationen liegen Jedoch innerhalb zufriedenstellender Grenzen der Wärmestabilität. Die bislang gewonnenen Erfahrungen zeigen, daß sich das kurzzeitige, bei hoher Temperatur ablaufende Härten auf alle Silikonharze anwenden läßt. '

9098U/0256

Eine weitere wichtige Eigenschaft eines elektrischen Widerstandes ist seine Fähigkeit, in einer feuchten Atmosphäre zu arbeiten, ohne daß er dabei eine Materialänderung erfährt, die sich auf den Widerstandswert auswirkt. Widerstände, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, zeigen in dieser Hinsicht außerordentliche Eigenschaften. Das läßt sich am besten anhand von Fig. 6 erkennen, die das typische Widerstandsverhalten während einer ausgedehnten Feuchtigkeitsbeanspruchung für handelsübliche, phenolisch gebundene Widerstände und für silikongebundene Widerstände, die nach der Erfindung hergestellt wurden, zeigt. Während beide Typen nach 75 Stunden beschleunigten Tests bei 65°C und 95 - 100 % relativer Feuchtigkeit noch gut innerhalb der 10%-Toleranz für die Widerstandszunahme gemäß der Mil itär-rVor schrift en liegen, zeigen die gemäß der Erfindung hergestellten Widerstände wesentlich geringere Änderungen. Nach 1000 Stunden oder mehr sind die neuartigen Widerstände jedoch offensichtlich weit überlegen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Feuchtigkeitsänderungen von 3 % oder weniger bei Widerständen, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, zu erwarten sind.

Eigenschaften silikongebundener Widerstände, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, sind zur Erläuterung in Tabelle 1 zusammengestellt.

909ÖU/0256

Tabelle I Änderungen

Mittelwert Fsacimalwert

nach MIL-R-11E zulässig (1/2V)

Widerstandstemperaturcharakteristik bei -55 C nach MIL-R-11E, 3.8

Widerstandstemperaturcharakteristik bei +105 C nach MIL-R-11E, 3.8

Spannungskoeffizient MIL-R-11E, 3.9

Betrieb bei niedriger Temperatur nach MIL-R-11E, 3.12

TemperaturSchwankungen
MIL-R-11E, 3-13

Feuchtigkeitswiderstand MIL-R-11E, 3.14

+ 3,1 %

+ .2,7 % + 0,007%/V

+ 1,0 - 1,6 + 3,5

Beschleunigtes Verfahren zur Prüfung des Feuchtigkeitswiderstands nach Speer Carbon Company * +0,4·

Beschleunigte Prüfung des Feuchtigkeitswiderstandes unter Wasserdampf * * +1,3

Kurzzeitüberlastung MIL-R-11E, 3.15 - 1,8 + 3,8 %

+ 4,0

+ 4,9 - 2,9 + 6,2

+ 1,1 = 0,3

+ 2,6 - 1,9

+ 6,5%

+

+ 0,009%/V 0,035 %/V

3 %

+

% Mittel + 15 % Max

+ 2,5 %

9098U/0256

nach MIL-R-11E Mittelwert Maximalwert zuläBsig;(1/2W)

Festigkeit der An-

echlußdrühte

MIL-R-11B, 3.17 + 4-,6 + 13,5 1 % (2)

Lötbarkeit

MIL-R-11B, 3-22 + 3Λ + 17,6 + 3 %

* Prüfling wird mehrfach 95-100 % Luftfeuchtigkeit "bei 65°G für die Zeitdauer von 72 Std. ausgesetzt. Messu in normaler Atmosphäre bei Raumtemperatur.

** Prüfling wird Wasserdampfatmosphäre unter Druck ausgesetzt. Nach Speer Carbon Company. Messung in normaler Atmosphäre bei Raumtemperatur.

Stunden j?0 15P 22*> j£0 Ζ59_ 1000

Lebensdauer

unter Last

MIL-R-11E, χ

3.I6 Mittel -0,2 -1,2 -1,7 -2,2 - 3,0

Max 0,2 3,8 -4,0 -4,6 - 5,1

Ofenstabilität _ft Mittel -3,8 -6,5 -7,5 -8,9 -9,4 -10,3 bei 15O°C

Max 4,3 7,3 -8,4 -10,2-10,6 -11,7

Widerstände können auch dadurch erhärtet werden, daß man

he
sie einer Infraroxretrahlung unterwirft. Eine intensive Infrarotbestrahlung heizt die Silikonwiderstände sehr schnell auf, wahrscheinlich wegen ihrer starken Infrarotabsorption um 9 u herum. Darüber hinaus reflektieren die verzinnten Zuleitungsdrähte den größten Teil der Strahlung und werden so weniger stark beschädigt als während einer

909814/0256

äquivalenten thermischen Härtung. Eine kontinuierliche Bandförderervorrichtung ermöglichte eine gleichzeitige Bestrahlung auf beiden Seiten der Widerstände. Der Aufheizgrad des Widerstandsmaterials bei Infrarotheizung ist im wesentlichen derselbe wie bei gewöhnlicher thermischer Heizung.

Sowohl bei thermisch erhörteten als auch bei infraroterhärteten Widerständen ergaben 10 oder 25 % des Harzes 81888 der General Electric, die zusammen mit dem Harz XR-211 der General Electric verwendet wurden, etwas stabilere Widerstände als bei Verwendung eines der beiden Harze allein.

Die Zeichnung erläutert die einzelnen Schritte: das Mischen der Zutaten, das Formen oder Pressen des Widerstandes und das Voraufheizen, wenn ein solcher Schritt zur Erhöhung der Festigkeit des grünverformten Widerstandes für die weitere Handhabung vorgenommen werden soll. Das Anbringen von Kontakten ist nicht dargestellt, da es konventionell erfolgt und dem Fachmann wohl bekannt ist; sein Einschluß in dieser Beschreibung ist für ein vollständiges Verständnis der Erfindung nicht erforderlich.

Die Widerstände werden dann einem kurzzeitigen, bei hoher Temperatur ablaufenden Erhärtungsvorgang.unterworfen. Dieses kurzzeitige, bei hohen Temperaturen ablaufende Erhärten geschieht bei derart hohen Temperaturen, wie man sie bislang als unerwünscht betrachtet hat. Gemäß der technisehen Lehre der Erfindung liefert das kurzzeitige, bei hohen Temperaturen ablaufende Erhärten ausnehmend gute Ergebnisse, die besser sind als oene, die mit dem konventionellen Erhärten erzielt werden.

Die Härtungsvorrichtung, die in der Zeichnung dargestellt ist, schließt einen Boden 10 mit Blöcken 12 ein, in denen

909814/0256

Lager für die Wellen 14 und 16 sitzen. Auf der Welle 14 sitzt zwischen den Blöcken 12 ein Had 18 und außerhalb der Blocke eine Transmissionsscheibe 20.

Die Antriebskraft wird von einem Motor 22 auf die Welle übertragen, die über ein mittels eines Stellhebels 32 verstellbares Untersetzungsgetriebe 24 einen Treibriemen 26 antreibt, welcher seinerseits die Riemenscheibe 20 treibt.

Riemenscheibe 20 und Had 18 sind auf der Welle 14 so befestigt, daß die der Riemenscheibe 20 mitgeteilte Rotation auch das Had 18 in derselben Sichtung rotieren läßt.

Auf der Welle 16 sitzt ein Had 36. Über die Hader 18 und 36 läuft ein endloses Förderband 40.

Am anderen Ende des Bodens 10 läuft das Förderband 40 um ein von einer Welle 46 getragenes Rad 44. Die Welle 46 sitzt in Lagern in den auf dem Boden 10 stehenden Blöcken 48. Das F8rderbs|nd 40 erhält von einer antriebslosen Holle 52, die auf einem Arm 54 sitzt, etwas Spannung, um in festem Kontakt mit den Hadern 18, 36 und 44 gehalten zu werden. Der Arm 54 kann unter dem Druck einer Feder 56 stehen, deren Spannung mittels einer Führungsschraube eingestellt werden kann.

Das Förderband 40 besteht vorzugsweise aus einem endlosen Metallstreifen, der in gleichmäßigen Abständen über seine gesamte Länge öffnungen 60 aufweist. Diese öffnungen 60 sind so groß, daß sie Widerstände 62 aufnehmen können. In der Zeichnung sind Widerstände 62 dargestellt, die von einem Bereich 64 ab. in den öffnungen 60 sitzen. Dieser Bereich 64 kann als Ladest ation des Förderbandes betrachtet werden. Die Widerstände 62 können in die als Halterungen

9098 H/0256

für die Widerstände dienenden öffnungen 60 eingesetzt werden, und zwar entweder von Hand oder über automatische Einspeisevorrichtungen.

Oberhalb des oberen Trums des Förderbandes 4-0 ist über einem bestimmten Bereich der Länge des Förderbandes ein Heizkörper 64 angebracht. Unterhalb desselben Bereiches •des Förderbandes befindet sich ein entsprechender Heizkörper 66. Die Heizkörper 64- und 66 sitzen auf einer Stütze 70, die sie parallel zueinander und zum Vorschubweg des Förderbandes 40 zwischen den Heizkörpern 64- und 66 hält.

Das Untersetzungsgetriebe 24 ist entsprechend der Weglänge des Förderbandes 40 zwischen den Heizkörpern 64 und 66 so. angebracht, daß er jeden Widerstand 62 für die zur Durchführung des Hochtemperaturhärtens erforderliche Zeit zwischen den Heizkörpern hält.

Die Heizkörper 64 und 66 sind vorzugsweise Infrarotradiatoren, und der Zwischenraum zwischen beiden ist nicht wesentlich größer als die Höhe der Widerstände 62. Das hat ein schnelles und intensives Aufheizen der Widerstände zur Folge, wobei die unteren Bereiche der Widerstände wegen der öffnungen 60 im Förderband der Radiatorhitze des unteren Heizkörpers 66 ausgesetzt sind. Wände 67 schließen beide Seiten des Raumes zwischen den Heizkörpersn 64 und 66 ab, so daß ein Tunne-el entsteht, in dem man eine spezielle Atmosphäre - etwa eine Stickstoffatmosphäre aufrechterhalten kann.

Das Rad 44 sitzt in einigem Abstand hinter den Heizkörpern 64 und 66, so daß die Widerstände sich wesentlich abkühlen können, bevor das Förderband 40 das Rad 44 erreicht. Beim Herumlaufen des Förderbandes 40 um den· Umfang des

9098U/0256

Rades 44 werden die Widerstände 62 durch die Oberfläche des Rades 44- aus den Öffnungen 60 ausgestoßen Die herausgestoßenen Widerstände fallen in eine Sammelkiste 75·

Fig. 2 zeigt einen Widerstand 82 ohne Zuleitungen mit einem elektrisch leitenden Kern 84 und vorzugsweise aus Metallpulver hergestellten Metallenden 86.

Fig. 3 zeigt einen der Widerstände 62 mit DrahtZuleitungen
88, die aus beiden Enden seines leitenden Kerns 90 (Fig. 4·) hervorragen. Jede der Widerstandszuleitungen 88 ist an ihrem in den Kern. 90 hineinragenden Ende vorzugsweise mit einem
Leitungsmantel überzogen, der aus annähernd 37,5 % Silikonharz und 62,5 % Graphit besteht, die mit Toluol fließfähig
gemacht werden. Die Widerstände 62 haben vorzugsweise einen Außenmantel 92 aus elektrisch isolierendem Material.

Änderungen und Modifizierung der beschriebenen vorzugsweisen Ausführung der Erfindung sowie andere Kombinationen der beschriebenen erfindungsgemäßen Merkmale sind möglich, ohne daß der Boden der Erfindung verlassen wird.

.--.■· . - Patentansprüche 90981 A/0256

Claims

Patentansprüche

Elektrischer Widerstand mit einem Paar leitender Enden und einem elektrisch zwischen den Enden liegenden Widerstandskörper, dadurch g e k e η η ζ e i chne t, daß der Widerstandskörper im wesentlichen aus einer Mischung von Teilchen einer nichtleitenden Komponente und einer leitenden Komponente besteht, die durch ein Silikonharz zu einer einheitlichen Struktur miteinander verbunden sind, welches bei einer Temperatur von zwischen 400° und 52O°O gehärtet ist.

Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet, daß die leitende Komponente Kohlenetoff ist. .

Elektrischer Widerstand nach Anspruch 2, dadurch g ekennzeichnet, daß der wesentliche Bestandteil der nichtleitenden Komponente Kieselsäure ist-

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandes, dadurch gekenn ζ eichnet, daß man einen wärmekondensierbaren Silikonbinder mit einem Füllstoff und einer bestimmten Menge eines pulverisierten, elektrisch leitenden Materials vermischt, der Mischung durch Formen die gewünschte Kontur und den gewünschten Querschnitt gibt und sie bei Temperaturen zwischen 400° und 525°C härtet.

9098U/0256

5- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformten Hohlinge etwa 3-15 Minuten Temperaturen zwischen 400 und 525°C ausgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohlinge etwa 5 bis 6 Minuten einer Temperatur zwischen etwa 4^Q /und 500 C ausgesetzt werden.

7- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e ic hnet, daß die Härtung in einer StickstoffatmoSphäre abläuft. ,. _;.-.·... ■-■ .- ■.. ■ .... - ..-..;.·· ■..;■■ ν - ■■ .· ·

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da& dei?.Widerstand bei Raumtemperatur verformt wird und dann einer Vorhärtung bei niedriger Temperatur unmittelbar nach dem Verformen und vor einer weiteren Handhabung unterworfen wird.

9- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Vorhärtung durch Erwärmung auf eine Temperatur von e:fewa Λ5Ο - /I85°O iür einen Zeitraum von etwa 15 bis 50 Minuten erfolgt. >

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichn e t, daß der Widerstand unter; mit einem Druck von etwa 1,4 Tonnen ge qcm geformt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch

g e k e η η ζ e i-c h h e t; daß eine Grundmischung von 15 bis 50 % eines Silikönharzbinders (in fester Fön») 50 bis 84 % Füllstoff und bis zu 10 % elektrisch leitendem Material verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich-

net, daß die Mischung Silikon 18 und 22 % Silikonharz und einen Katalysator für das Silikonharz enthält, und der Füllstoff etwa 10 % Asbest-Fines einschließt.

13- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung ein inneres Schmiermittel- enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung etwa 1 % eines inneren Schmiermittels zugesetzt wird.

15· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung mit einem Silikon aus der aus kondensierbaren Alkylarylsilikonen und AlkylSilikonen "bestellenden Gruppe hergestellt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung im wesentlichen aus 0,1 bis 5 Gewichtsprozent elektrisch leitenden Kohlenstoffs und aus 99»9 "bis 95 Gewichtsprozent Grundmatrix besteht,· wobei die Grundmatrix ihrerseits aus zwischen 50 und 15 Prozent SiIikonharzbinder und aus zwischen 50 und 85 % Füllstoff, der Füllstoff wiederum aus zwischen 85 und 95 % Quarz und aus zwischen 15 und 5 % Asbestfines besteht.

17· Vorrichtung zur Hochtemperatur-Schnellerhärtung von verformten Artikeln, gekennzeichnet durch ein Förderband, auf dem die Artikel befördert v/erden, durch . einen oberhalb eines Abschnittes eines Bandtrums sitzenden Heizkörper durch einen zweiten, unterhalb dieses Bereiches des einen Bandtrums sitzenden Heizkörper, wobei die Heizkörper so angebracht sind, daß sie mit hoher Intensität Wärme auf das Förderband und die verformten Artikel darauf abstrahlen und wobei durch das Förderband Öffnungen hindurch-

909814/02 56

_ 25 -

gehen, die dazu dienen, die unteren Bereiche der verformten Artikel der Wärme des unterhalb des Förderbandes sitzenden Heizkörpers auszusetzen.

909814/0256