DE1665040B2 - Cermet-widerstandsschicht fuer ein potentiometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Cermet-Widersiands-Schicht für ein Potentiometer, die auf einen isolierenden Träger aufgebracht ist und außer Sili/iimoxid oder Chromoxid als keramischen Bestandteil mindestens zwei verschiedene Metalle enthält, von denen eines ein Edelmetall oder eine Edelmetallegierung und das andete Chrom, Silizium, eine Chrom-Silizium-Verbindung ©der eine Chrom-Silizium-Legierung ist, wobei das Edelmetall oder die Edelmetallegierung im Oberflii-Chenbereich der Widerstandsschicht untereinander nicht zusammenhängende Brücken zwischen der Widerstandsschicht und der Kontaktfläche des Potentiometerschleifers bildet.

Es wurde bereits vorgeschlagen (DT-PS 15 40 167). bei einer solchen Cermet-Widerstandsschicht das Edel-Inetall oder die Edelmetallegierung in den Oberflächenbereich der Widerstandsschich: einzudiffundieren. Dabei werden bei mäßigem Kontaktdruck des Schleifers des Potentiometers ein weitgehend gleichbleibender Konlaktwiderstand, eine gute Reproduzierbarkeit der Einstellwerte und eine gute Langz.eitkonstanz selbst bei lioher thermischer Beanspruchung erzielt. Die vorge-Ichlagenen Widerstandsschichten lassen jedoch insofern noch zu wünschen übrig, als ihre Herstellung verhältnismäßig aufwendig ist. Das Eindiffundieren des Edelmetalls oder der Edelmetallegierung in den Ober- ^o flächenbereich der aus keramischem und metallischem Anteil bestehenden Cermet-Widerstandsschicht erfordert nämlich ein mehrstufiges Herstellungsverfahren. Wird beispielsweise die Widerstandsschicht im Aufdampf-Verfahren hergestellt, müssen zunächst in zwei ⁽'5 aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten die Cermet-Schicht als solche und dann eine im Vergleich dazu dünne Edelmctallschicht aufgedampft werden, worauf die Anordnung einer Wärmebehandlung unterworfen wird, welche das Edelmetall unter Ausbildung der untereinander nicht zusammenhängenden Brücken /wischen der Widerstandsschicht und der Kontaktflache des Poientiorp.eterschleifers in mindesten', rlf-m Oberflächenbereich der Widerstandsschicht eindilftindieren

Daneben ist es bekannt (DT-AS 11 32 633), Leiteroder Halbleiterteilchen, ζ. Β. Teilchen aus Eisen. Kohlenstoff u.dgl., in Glasur- und Emaillezwischenschichten einzulagern, die als Bindermaterialien kristalliner Struktur auf hochschmelzende Tragkörper dünn aufgetragen sind. Dadurch sollen die Leiter- oder Halbleiierteilchen vor Oxydation geschützt werden. Eine auf diese Weise ausgebildete Schicht scheidet aber als Widerstandsschicht für ein Potentiometer von vornherein aus, da die leitenden Teilchen durchweg von nichtleitendem Material der Glasur- und Emaillezwischenschicht umgeben sind, so daß der Poiemiomeicrsckk-tfer auf einer elektrisch isolierenden Schichioberiiudu aufsitzen würde und dementsprechend der Konuik: widerstand gegen unendlich ginge.

Ferner ist eine Widerstandsschicht bekannt (gleichfalls DT-AS 11 32 633), die aus einer geschmolzener. Mischung aus Glas und einem Edelmetall mit höhen, m Schmelzpunkt als dem des Glases besteht. Die gerade bei Potentiometern wichtige Abriebfestigkeit so.Ju-r Schichten ist aber verhältnismäßig klein, so da;¹ d:<: Schichten als Widerstandsbahnen für Potentiometernur bedingt geeignet sind.

Des weiteren ist es bekannt (DT-AS 12 00421). dünne Metall oder Metallegierungen enthaltende Wide: Standsteilchen herzustellen, indem in einem evakuierten Gefäß Oxide von elektrisch isolierenden Elementen und Metallen bzw. Metallegierungen, nämlich die Kombinationen Chrom-Siliziumdioxid; Al-AIO:; Ni-MgO: Ni, Fe-Legierung-AbO3 und AI-MgO unter Zufuhr \on Sauerstoff auf erhitzte Widerstandsträger gleichzeitig aufgedampft werden. Dabei handelt es sich um metallische Schichtkomponenten, die ausschließlich aus unedlen Metallen bestehen. Bei derartigen Mischstrukiuren ist der Kontakt zwischen Widerstandsschicht und Potentiorneterschleifer problematisch. Es kann vorkommen, daß die Kontaktfläche des Schleifers in einer vorbestimmten Schleiferstcllung auf überwiegend schlecht oder nichtleitende Schichtbestandteile zu stehen kommt, während die Schleiferkontaktfläche in anderen Schleilerstellungen an einem besser leitendem Schichtbereich anliegt. Dies würde bei Verwendung det bekann'en Widerstandsfilme als Widerstandsschicht von Potentiometern erhebliche Schwankungen des Kontaktwiderstandes an der Treffstelle von Widerstandsschicht und Schleifer bedingen. Es würde zu regellosen, nicht reproduzierbaren Abweichungen zwischen der Ist-Kennlinie und der Soll-Kennlinie des Potentiometers kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ccrmet-VViderstandsschicht zu schaffen, bei der die Vorzüge der oben erwähnten vorgeschlagenen Widerstandsschicht, insbesondere niedriger, von der Schleiferstellung unabhängiger Kontakiwiderstand und gute Langz.eitkonstanz des von Endkontakt zu Endkontakt gemessenen Schichtwiderstandes, beibehalten sind, die jedoch einfacher und damit kostensparender als die vorgeschlagene Widerstandsschicht aufgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Edelmetall oder die Edelmetallegierung im

girieren der Widerslandsschicht in gleicher Verteilung vorhanden ist wie im Oberflächenbereich der Widergtandsschicht. Eine derart aufgebaute Widerstands-Schicht bedarf nicht der Eindiffusion von Edelmetall. [)ie hei der vorgeschlagenen Widerstandsschicht dafür erforderliche Verfahrensstufe entfällt. Die Herstellungskosten sind entsprechend niedriger.

Der Gehait der Widerstandsschicht an Edelmetall beträgt vorzugsweise 1 bis 10 Gewichtsprozent.

Die Herstellung gestaltet sich besonders einfach, »enn entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung das Edelmetall oder die Edelmetallegierung zugleich mit den übrigen Bestandteilen der Widerstandsschicht durch Aufdampfen auf den Träger aufgebracht wird.

Es empfiehlt sich, als Edelmetall für die aufgedampfte Cermetschicht ein Metall zu wählen, das edler als Silber ist. Als eingebrachtes Edelmetall eignet sich wegen seiner guten Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit seiner hohen Leitfähigkeit besonders Gold. Dieses Metall ist wesentlich edler als Silber und wird daher im Betrieb z. B. von schwefelhaltigen Gasen nicht angegriffen.

Die Aufbringung der Widerstandsschicht kann von einer einzigen Quelle aus erfolgen, der eine feinpulverisierte Mischung aller Schichtkomponenten zugeführt wird. Statt dessen können auch zwei Quellen vorgesehen sein, von denen beispielsweise die eine den metallischen Bestandteil des Cermets, ζ. Β. Chrom, mit einem Zusatz an Edelmetall und die andere den keramischen oder keramikartigen Bestandteil, /.. B. Siliziummonoxid. ausströmt.

Für den Fall eines Chrorn-Siliziumoxid-Cerniet^ nimmt man an, daß die erhaltene Widerstandsschuht leitende Phasen von Chrom. Silizium. Chromsili/id und Chromoxid (letzteres mit verhältnismäßig hohem spezifischem elektrischem Widerstand) in Verbindung mit isolierenden Einlagerungen oder Zwischenschichten umfaßt, die u. a. Siliziummonoxid, Siliziumdioxid und Chromsilikate enthalten.

Da es vorkommen kann, daß sich leitende Bestandteile an der Oberfläche der Widerstandsschicht, z. B. Chrom und Chromsilizid. während des späteren Betriebes des Potentiometers in nicht oder schlecht leitende Phasen umwandeln und sich damit der Bahnwidersland sowie der Kontaktwiderstand zwischen Bahn und

ίο Schieifer nachträglich ändern, kann in an sich bekannter Weise eine künstliche Alterung erfolgen, indem die Widerstandsschicht einer Wärmebehandlung zur Oxidation leitender Oberflächenteile unterworfen wird. Auf diese Weise werden die Widerstandswerte über die ganze Lebensdauer des Potentiometers weitgehend stabil.

Der Wert des Bahnwiderstandes kann durch die Schichtdicke, die Art und das gegenseitige Verhältnis der Schichtkomponenten, die Aufbringbedingungen.

z. B. die Temperatur des Trägers, und die Bedingungen der Wärmebehandlung beeinflußt werden.

Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung bei Miniaturpotentiometern, bei denen die Widerstandsschicht als Dünnschicht, d. h. als Schicht mit einer Dicke von maximal 10 000 A, ausgebildet ist.

Der Träger der Widerstandsschicht kann aus Glas oder einer keramischen Unterlage, vorzugsweise einer Ber\l!ii!iiiiixid- oder Aluminiumoxid-Siniermass.e. be stehen. Diese Träger sind elektrisch isolierend; die Be-

K> rylliurnoxid-Sintermasse weist zudem den Vorteil auf. daß ihre Wärmeleitfähigkeit noch über derjenigen von Aluminium liegt.

Um die Haftung der Widerstandsschicht auf dem Träger zu verbessern, wird der Träger während des

.VS Aufbringens zweckmäßig auf erhöhter Temperatur gehalten, die bis zu 400'' C betragen kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Cermet-Widers'andsschicht für ein Potentiometer, die auf einen isolierenden Träger auigebracht ist und außer Siliziumoxid oder Chromoxid als keramischen Bestandteil mindestens zwei verschiedene Metalle enthäk, von denen eines ein Edelmetall oder eine Edelrnetallegierung und das andere Chrom. Silizium, eine Chrom-Silizium-Verbindung oder eine Chrom-Silizium-Legierung ist, wobei das Edelmetall oder die Edelmetallegierung im Oberflächenbereich der Widerstandsschicht untereinander nicht zusammenhängende Brücken zwischen der Widerstandsschicht und der Kontaktfläehe des Potentiometerschleifers bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall oder die Edelmetaliegierung im Inneren der Widerstandsschicht in gleicher Verteilung vorhanden ist wie im Oberflächenbereich der Widerstandsschicht. *>

2. Cermet-Widerstandsschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt der Wider-Standsschicht an Edelmetall 1 bis 10 Gewichtsprozent betragt.

3. Verfahren zur Herstellung einer Cermet-Widerstands^chicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geken. zeichnet, daß das Edelmetall oder die Edeimetallegierung zugleich mit den übrigen Bestandteilen der Widerstandsschicht durch Aufdampfen auf den Träger aufgebracht wird.