DE1615121A1

DE1615121A1 - Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandselementen und danach hergestellte Widerstandselemente

Info

Publication number: DE1615121A1
Application number: DE19671615121
Authority: DE
Inventors: Schrewelius Nils Gustav
Original assignee: Kanthal AB
Current assignee: Kanthal AB
Priority date: 1966-10-24
Filing date: 1967-10-23
Publication date: 1969-12-11
Also published as: US3607475A; SE301519B; NL6714427A; DE1615121B2; GB1135138A

Description

PATENTANWÄLTE
PR. DIETER THOMSEN - DIPL. INQ. HARRO TIEDTKE

8000 MÜNCHEN 2» 23. Okt. 1-967 Tal 33

Telefon: 0811/226894 Telegrammadresse: Thopatent

Aktiebolaget Kanthai Hallstahammar (Schweden)

Verfahren zur Herstellung von elektrischen

Widerstandselementen 'und danach hergestellte Widerstandselemente

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandselementen, die im wesentlichen aus Molybdändisilicid bestehen.und eine Glühzone sowie wenigstens ein dickeres Ende besitzen. Derartige elektrische Widerstandselemente sind seit langem bekannt.

Die natürliche Sprödigkeit des Materials in kaltem Zustand hat die Verwendung von Molybdändisilicid im wesentlichen auf, Elemente beschränkt, die eine ziemlich große Querschnittsfläche besitzen. Als Beispiel solcher Elemente kann die erprobte Elementart genannt werden, die unter dem eingetragenen Warenzeichen Kanthai Super verkauft wird; dieses Element besteht aus einem ,Unförmigen. Glühabschnitt und hat gerade Endejju Der Glühabschnitt

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kann ein Durchmesser von etwa 6 nun haben, während die Endan, . die im allgemeinen durch Widerstandsstumpfschweißvng - mit dem Glühabschnitt verbunden sind, einen Durchmesser von etwa 12 nun 'haben können. An diesen dicken Enden ist die Temperatur niedrig, selbst wenn der Glühabschnitt eine Temperatur von etwa 16oo bis 17oo°C hat; dadurch ist es möglich, diese dicken ' Endabschnitte z»B. mit Kontakten aus Aluminium zu verbinden.

. Beim Versuch der Herstellung von Wxderstandselementen der oben genannten Art, die jedoch beträchtlich geringere Abmessungen haben, beispielsweise Durchmesser in der Größenordnung von 1 ram für den Glühabschnitt, hat es sich in der Praxis herausgestellt, daß es sehr schwierig ist, d.ie Enden anzuschweißen, da das Material mit Rücksicht auf. seine große Sprödigkeit schwer zu handhabe ist. Es wurde daher im Falle von dünnen Elementen aus Molybdändisilicid notwendig, einen anderen Weg zu wählen, d.h. nicht ein angeschweißtes dickeres Ende zu verwenden. Statt dessen wird das ganze Element als ein Glühabschnitt ausgebildet, der an luft- odei? flüssigkextsgekühlte Kontakte angelötet ist. Mit Rücksicht auf den stark positiven Temperaturkoef f iaienten des Elsmentnfaterials für den elektrischen Widerstand ist es möglieh, bei solchen EIementen ziemlich kalte Kontakte zu erhalten..

Diese bekannten dünnen Elemente, die an Kontakte anreistet* <= ■ waren, erwiesen sich jedoch im. Gv*brauch als nachteilig. Eie Mehrheit metallischer Materialien jait Ausnahme von Sold νad SiIu reagiert mit dem El^mentmaterial bsi hohen Teiap»srai:\.ren ütv'I

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es halten die gelöteten Anschlüsse durch die Unterschiede - in dem Ausdehnungskoeffizienten nicht, insbesondere, wenn die Elemente als Zwischenstück verwendet werden, wie es in der Regel der Fall ist, .

Aufgabe der Erfindung ist es, diese oben genannten Schwierigkeiten durch einen einfachen und billigen Weg zu beseitigen; erfindungsgemäß ist ein dünnes Element aus Holybdändisilicid mit wenigstens einem dickeren Ende dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Glühabschnitt des Elements seine endgültige Abmessung durch Entfernen bestimmter Abschnitte eines Rohlings durch chemische Auflösung» Zersetzung oder Korrosion -erhalten hat

Der einfachste Weg zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, einen U-förmigen Rohstab für eine derartige Zeitspanne und so tief einzutauchen·» daß die Säure die Materialmenge abfrisst, die notwendig ist, um dem Glühabschnitt den gewünschten endgültigen Durchmesser» und die erwünschte Länge zu geben. - _/ - '

Das Mittel zur chemischen Auflösung, Zersetzung oder Korrosion* das sich in diesem Zusammenhang als-am besten geeignet erwiesen hat, ist eine Säuremischung, die Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure und,falls erwünscht,Wasser enthält.

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Widerstandselemente, die in der bekannten Weise eine pulvermetallurgische Zusammensetzung aus Molybdändisilicid und an SiO₂ reichem Glas besitzen, werden in der Säuremischung gelöst, da die Molybdänsilicid- und die Glaskomponente angenähert ' mit der gleichen Geschwindigkeit gelöst werden. Dabei wird an dem mit der Säure behandelten Abschnitt eine glatte' Oberfläche und eine steuerbare Querschnittsfläche erhalten. Widerstandselemente, die im wesentlichen aus Molybdänsilicid bestehen, können als Zusatz auch andere Substanzen enthalten, um-unterschiedliche Eigenschaften zu erhalten. Ein Beispiel für einen derartigen Zusats ist fein gepulvertes Siliciumcarbid, das an Stelle der Glaskomponente beim obigen Beispiel verwendet wird.Sowohl -das Glas als auch das Siliciumcarbid verhindert das Kornwachstum von Molybdändisilicid bei hohen Temperaturen und gibt dem Material andere vorteilhafte Eigenschaften, z.B. plastische Bearbeitbarkeit unter Hitze. Jedoch wird die Siliciumcarbidkomponente in einem derartigen Element überhaupt nicht oder nur sehr langsam in der erwähnten Säuremischung gelöst; dennoch ist es erfindungsgemäß möglich, durch chemische Behandlung Elemente mit dünnen Glühabschnitten herzustellen, sofern das Molybdändisilicid die Hauptkomponente ist; in ziemlich unbedeutenden Mengen vorhandenes,nicht angegriffenes Siliciumcarbid fällt automatisch von den gelösten Teilen ab. Erfindungs gemäß können weiterhin andere Zusätze und Veränderungen der,Zusammensetzung vorgenommen werden; so kann die MoSi- Komponente durch Hinzufügen kleiner Mengen anderer Metalle als Legierungskomponenten die die chemische Lösbarkeit nicht beeinflussen, modifiziert

werden. . ■ ■

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Es hat sich herausgestellt, daß die Übergangszone zwischen Luft und Flüssigkeit in einem Säurebad für chemische Auflösungj wie es oben beschrieben wurde, einen nachteiligen Einfluß auf die Glätte des korrodierten Abschnitts'hat. Es erwies sich daher als zweckmäßig, das Element während der . Behandlung in Bewegung zu halten, um zu verhindern, daß sich an dem an der Übergangszone gelegenen Abschnitt ein verringerter Durchmesser ergibt. Ein weiterer Weg zur Vermeidung der Schwierigkeiten in der Übergangszone zwischen Luft und Flüssigkeit besteht darin, diese Abschnitte des Elementrohlings, die nicht korrodiert werden sollen, mit einem Überzug aus einem säure-

festen Material, z.B. Kunststoff zu versehen, wobei der Rohling soweit in das Säurebad eingetaucht wird, daß sich die Übergangszone Luft-Flüssigkeit im Bereich des Kunststoffüberzugs befindet. '"*"■-,

Das erfindungsgemäße" Verfahren setzt voraus, daß sich im Inneren des Elements keine interkristalline Korrosion noch irgendeine andere Art von Angriff ergibt. Daher ist es wichtig, daß die Molybdändisilicid enthaltenden Körper frei von Poren sind. Die Porösität sollte kleiner als 2% sein, vorzugsweise unter. o,5 - 1% liegen. Will man eine derart niedrigere Porösität erhalten, ist zweckmäßig, niedrig schmelsendes Gas als Bindemittel für das Molybdändisilicid zu verwenden» >

Die Erfindung Wird durch das folgende praktische Bei-' spiel erläutert: -

ES₁ wurde ein gerader homogener Stab, der einen Durchmesser von ^,6· mm und eine Porösität von weniger als 1% besaß und der aus einem Körper metallurgischer Dichte aus feinkörnigem Pulver mit einem Gehalt von δα Gewichtsprozent MoSij und Io Gewichtsprozent eines an SiO« reichem Glas besaß und durch Pressen und Sintern von MoSi₂ und Bajitonit hergestellt- worden war, unter Hitze in eine' U-Form gebogen, deren Schenkel eine Länge von 5o mm hatten, wobei der Abstand zwischen" den Schenkeln IS mm betrug. Dieser U-förmige Rohling wurde in eine kalte Mischung von So Volumenteilen konzentrierter Salpetersäure, 5o Volumenteilen konzentrierter Fluorwasserstoffsäure und Io Volumenteilen Wasser halb eingetaucht. Das Element blieb für 2 Minuten in diese Mischung eingetaucht und wurde dabei leicht bewegt und anschliessend sorgfältig in- Wasser gespült. Nach der Behandlung lag eine Glüh.· zone mit. einem Durchmesser von 2,3 mm vor. Das Element wurde mit aufgesprühten Aluminiumkontaktschichten versehen und an- schließend an'einen Stromkreis angeschlossen, wobei in der Glühzone Arbeitstemperaturen von jL6oo°C zugelassen,wurden, während di» dickeren', nicht korrodierten Enden in den Kontaktschichten eine Temperatur von weniger als 2oo°C hatten.

Durch das neue Verfahren ist as möglich, auf einem wirtschaftlichen und praktikable«!. Weg Hxaiaturelemente herzustellen»

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Dieses-Verfahren ist anwendbar zur Herstellung von sehr kleinen Elementen, die beispielsweise für Gaszünder bestimmt sind und einen Durchmesser kleiner als 1 mm in der Glühsone,ZoB. o,4 mm und an den Enden einen Durchmesser von 1 bis 2 mm besitzen» Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht unter anderem darin, daß es möglich ist, genau den Durchmesser zu kon-: trollieren und daß das schwierige Biegen von sehr dünnen Glühzonen unter Hitze entfällt. So ist es möglich, ein kleines EIe-•ment einer Schenkellänge von So mm z.B. und einem Abstand zwischen den Schenkeln von nur 3 mm zu formen₉ indem man von einem geraden'Stab mit einem Durchmesser von 1,5 πω ausgeht, diesen unter Hitze in U-Form mit: dem gewünschten Schenkelabstand biegt und dann den unteren Teil dieses Rohlings Io"aim" tief in die Säure· mischung eintaucht. Beim Arbeiten mit so kleinen Abmessungen ist es zitfeckmäßig, die Säure hoch weiter zu verdünnen₉ so daß die ZersetEungsgeschwindigkeit kleiner wird und die Steuerung einfacher wird. Es ist sogar möglich₃ Element© mit Glühzonen herzustellen, deren Durchmesser O₉I bis o,2 mm beträgt_β

Da es sich nicht durchführen läßt₉ Drähte aus Molybdändisilicid durch Ziehen herzustellen, eröffnet das neue Verfahren Möglichkeiten zur Erzielung derartiger dünner Abmessungen mit einer Maßgenauigkeit, wie es bisher nicht möglich-war.

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Auch schafft das Verfahren'die Möglichkeit zur automatischen Erzeugung, da es leicht ist» derartige Anordnungen zu treffen, daß während der Behandlung der Widerstand des Rohelements genutzt werden kann, den Augenblick zu steuern, an dem der Rohling aus dem Säurebad entfernt'wird.

Das Verfahren kann auch in der Weise angewendet werden, daß ein Rohling aus Molybdändisilicid in Form einer Röhre oder-Platte oder dergleichen mit einem widerstandsfähigen Material gegen die Säuremischung , z.B. mit Kunststoff überzogen wird und daß'auf die Oberfläche ein gewünschtes Muster gezogen wird, so daß dann entsprechend den besonderen Wünschen eine selektive Auflösung des Materials stattfinden kann. So ist es z.B. möglich, auf diese Weise aus einer sehr dünnen Platte eine flache Uiderstansspule mit breiteren Enden herzustellen. Solche flachen Elemente können z.B. ;Ln. Zigarettenanzündern verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schaubildlich'er Darstellung eine haarnadelförmiges Element und

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein_#Element in Form '"-"-■ einer flachen Spirale.

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Das Element ία in Fig« 1 besteht im wesentlichen aus ^ und hat zwei Enden Io und Il'mit durch Flammensprühen atifgebpachten Aluminiumköntäkten HA und 12A, wobei die Enden einen. Durchmesser von etwa 1 mm und eine Lange von jeweils βο mm be«. sitzen. Die Enden 11* 12 liegen parallel zu einander und haben einen.Abstand etwa 3 - Io mm. Die gebogene ßlühzone 13, die von demselben stabförmigen Rohling wie die Enden 11, 12 gebildet ist ^ besitzt einen Durchmesser, der auf etwa o,4 mm durch chemische Korrosion in der oben erläuterten Weise reduziert worden ist*

Das Element Vi nach Fig* 2 ist mit einer ßlühzone 15 und zwei breiteren Endabschnitten I^, l? versehen und wurde dadurch hergestellt,.daß man bei einem plattenförmigen, im wesentlichen aus MoSi^ bestehenden Rohling der oben beschriebenen Weise unter Bildung eines spiralförmigen Seiiiitzds 18 einen spiralförmigen Abschnitt we

Es kihtiiän Um Viel zäh¹! tftsfi. HMifikatiöiien und g ,Von Eirizeitteiteri vorgiftöminöitj ö'ftne ääfö de£* Erfiridtiiig^feereicih v'er iassesn iiird« ' -

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandselements, das im wesentlichen aus Molybdändisxlicid be-

• steht und eine vergleichsweise dünne Glühzone und wenigstens einen dickeren Endabschnitt besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man einen-Elementrohling wenigstens an dem Abschnitt, der die Glühzorie bilden soll, einer chemischen Zersetzung, Auflösung oder Korrosion so langß aussetzt, bis die gewollten Abmessungen der Glühzone erreicht sind.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Zersetzungsmittel eine Säuremischung aus Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und gegebenenfalls Wasser ist.

3) Verfahren nach Äriiprueh 2* dadurch' gekennzeichnet, daß die SSuremischung aus So Völumenteilen konzentrierter Salpetersäure und So Völumenteilen konäentriertör Fluorwasserstoffsäure besteht,

4j Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rticht der" chemischen Zersetzung auszusetzenden Teile des Elementronlingä während der Behandlung durch einen säurefesten Oberzug, z.B, durch Kunststoff geschützt werden.

. 5) Elektrisches Widerstandselement, das aus Molybdändisilxcid besteht und eine ziemlich dünne Glühzone und wenigstens ' einen dickeren Endabschnitt besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Glühzone (13; 15) ihre endgültige Abmessung durch Entfernen bestimmter Abschnitte eines Elementrohlings durch chemische Zersetzung, Auflösung oder Korrosion erhalten hat,

6) Elektrisches Widerstandselement nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das ElementClo; 15) aus wenigstens 6o Volumenprozent Molybdändisilxcid und höchstens Uo Volumenprozent keramischer Zusätze, vorzugsweise an SiO₂ reiches Glas oder Siliciumcarbid besteht.

7) Elektrisches Widerstanselement nach Anspruch 5 oder 6,· dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität des Rohmaterials niedriger als 2% und vorzugsweise niedriger o,5 bis l,o% ist«

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