DE2031701A1

DE2031701A1 - Thermistor, insbesondere für hohe Temperaturen

Info

Publication number: DE2031701A1
Application number: DE19702031701
Authority: DE
Inventors: Ib Knud Dipl.-Ing. Langesoe pr. Nordborg Kristensen (Dänemark). P
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1970-06-26
Filing date: 1970-06-26
Publication date: 1971-12-30
Also published as: DK137028C; DE2031701B2; GB1345735A; DE2031701C3; DK137028B

Description

Thermistor, insbesondere für hohe Temperaturen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Thermistor, der insbesondere für hohe Temperaturen geeignet ist, mit einem gesinterten, Metalloxyd aufweisenden Widerstandskörper.

Thermistoren, auch Heißleiter oder NTC-Widerstände genannt, haben einen elektrischen Widerstand, dessen Wert mit steigender Temperatur abnimmt. Sie werden in der Elektrotechnik an den verschiedensten Stellen eingesetzt, z, B, als Temperaturfühler, Regelelemente usw.

Die bekannten Thermistoren sind nur bedingt für höhere Temperaturen, z. B. über 300⁰C, brauchbar, da mit steigender Temperatur ihre Aktivierungsenergie und damit ihre Temperatur-Ansprechempfindlichkeit abnimmt. Oberhalb einer vorgegebenen Temperatur werden die Widerstandsänderungen pro ⁰C zu gering^ *ⁿ manchen Fällen verschwindet sogar die NTC-Eigenschaft, Außerdem bereitet es Schwierigkeiten, Thermistoren mit genau vorgegebenen Daten herzustellen, da sie aus heterogenen Mischungen von Metalloxyden unterschiedlicher Oxydationsstufe bestehen bzw. ihre Halbleiter ei genschaft durch Donatoren o. dgl. erhalten, so daß schon geringe Toleranzen in der Ofentemperatur, in den oxydierenden oder reduzierenden Bedingungen während des Sinterverfahrens oder beim Abwiegen der Mischungsbestandteile zu einer erheblichen Änderung des spezifischen Widerstandes führten.

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Es sind Untersuchungen bekannt geworden, die gezeigt haben, daß reines Niobiumdioxyd einen mit der Temperatur abnehmenden Widerstand hat, und zwar bis über 70O⁰C. Geringe Änderungen im stöchiometrischen Mischungsverhältnis sind unschädlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thermistor anzugeben, der auch noch bei hohen Temperaturen eine gute Temperaturansprechempfindlichkeit hat und sich trotz Toleranzen bei der Herstellung auf sehr genaue Widerstandswerte einstellen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Widerstandskörper des Thermistors aus(Nb^_-z, Υ_χ, Ti ) O₂ besteht, wobei χ oder y oder χ + y größer 0 und kleiner 1 ist.

Für diese Mischungen aus dem Dioxyd des Niobium, Vanadium und/oder Titan gelten die gleichen Vorteile wie für reines Niobiumdioxyd, d« h. auch bei Temperaturen über 300⁰C erhält man eine große Temperaturansprechempfindlichkeit, d. h. eine erhebliche Widerstandsänderung pro ⁰C. Mit Hilfe des Titanoder Vanadiumoxydzusatzes kann der spezifische Widerstand des betreffenden Körpers innerhalb weiter Grenzen nach Belieben eingestellt werden. Hierbei ergibt sich eine legierungsartige, homogene Mischung der einzelnen Bestandteile,, die relativ große Toleranzen bei der Herstellung zuläjlt, ohne daß der gewünschte spezifische Widerstand sich unzulässig ändert.

In der Praxis genügen verhältnismäßig geringe Anteile des Vanadium- oder Titanosjds, Vorzugsweise sind daher die Werte von χ oder y oder χ + y kleiner als 0,15.

Ein solcher Widerstanc&örper .feesitzt auch bei höheren Temperaturen eine sehr große Lebensdauer® Zweckmäßigerweise wird er aber in eine inerte Schutzgasatmosphäre eingeschlossen, wenn Temperaturen über 150⁰C bei der Anwendung zu erwarten sind_o

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Für die Herstellung empfiehlt sich ein Verfahren, bei dem zunächst reine Metalle und deren Pentoxyde als Pulver gemischt, in Pillen gepreßt und durch eine mehrstündige Wärmebehandlung unter wenigstens teilweisem Vakuum in einen homogenen Stoff umgewandelt werden, worauf dieser Stoff gemahlen, in die gewünschte Form gepreßt und unter einem Schutzgas gesintert wird.

Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Thermistor im schematischen Querschnitt und

spezfisehen Fig, 2 in einem Diagramm den Logarithmus der/Leitfähigkeit über dem Kehrwert der absoluten Temperatur,

In Fig, 1 ist ein Widerstandskörper 1 dargestellt, der aus Niobiumdioxyd und Vanadiumdioxyd besteht. An beiden Stirnseiten befindet sich eine aufgedampfte Metallelektrode 2, an die eine Zuleitung 3, 4 angelötet ist. Das Ganze befindet sich in einer zugeschmolzenen Glasampulle 5, deren Innenraum mit Argon gefüllt ist.

In Fig. 2 ist über dem Kehrwert der Temperatur T die spezifische Leitfähigkeit 1 logarithmisch aufgetragen, E3 sind fünf, im wesentlichen geradlinige Kurven A, B, C, D und E eingetragen, die für Thermistoren mit den nachstehenden Zusammensetzungen gelten,

Aj 100 mol# NbO₂ + 0 mol% VO₂
B: 98 mol# NbO₂ + 2 mol# V0_g
C: 96 mol% NbO₂ + 4 mol% VO₂
D: 94 mol# NbO₂ + 6 mol% VO₂
E: 92 mol% NbO₂ + 8 mol% VO₂

Man erkennt daraus, daß unter Beibehaltung der für reines

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Niobiumdioxyd geltenden Vorteile durch die Vandiumdioxyd-Anteile die spezifische Leitfähigkeit geändert werden kann₀

Zum Vergleich ist gestrichelt in einer Kurve P der typische Verlauf der Leitfähigkeits-Temperatur-Kennlinie der bekannten Thermistoren dargestellt, die oberhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur nur noch eine sehr geringe Temperaturempfindlichkeit zeigen.

Ein Beispiel zur Herstellung des erfindungsgemäßen Thermistors wird nachstehend beschrieben. Zunächst wird analysenreines Pulver der gewünschten Metalle (hier Niobium und Vanadium), sowie der. zugehörigen Pentoxyde entsprechend der gewünschten Zusammensetzung abgewogen und sorgfältig gemischt. Aus der Mischung werden Pillen gepreßt, die in eine Quarzampulle eingeschlossen werden. Die Quarzampulle wird bis zu einem

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Vakuum von 10 nnmHg evakuiert. Durch eine lang andauernde Wärmebehandlung (über 10 Stunden) bei etwa 900⁰C ergibt sich ein homogener Stoff, der in Äthanol in einer Kugelmühle gemahlen wird. Dieser Stoff wird unter einem Druck von 1-2 t/cm in die gewünschte Form gepreßt. Die so hergestellten Körper werden auf einer Platinunterlage in einem Rohr aus Aluminiumoxyd untergebracht. Durch das Rohr wird ein Strom reines Argon geleitet, beispielsweise 50 cm⁵/min. Zu diesem Zweck wurde zunächst Argon normaler handelsüblicher Qualität durch ein Quarzrohr geleitet, das mit Kalziumkörnern gefüllt und von außen mittels eines Heizkörpers auf ca, 45O⁰C erwärmt war. Gegebenenfalls wurde vor und hinter dem Rohr ein absorbierendes Molekularfilter eingeschaltet. Die gepreßten Körper im Aluminiumoxydrohr wurden dann in einem Ofen auf eine Temperatur zwischen 1400 und 160O⁰C erwärmtj nach 10 20 Stunden wurde das Rohr langsam abgekühlt. Es ergab sich ein Produkt von einem sehr harten und dichten Material,

Anschließend wurde im Vakuum eine Kupfer- oder Silber-Elektrode aufgedampft, an die nach einem Einbrennvorgang in Argon, der während etwa 5 - 10 min bei etwa 700⁰C durchgeführt wurde,

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Zuleitungen angelötet wurden. Anschließend wurde der so fertig gestellte Thermistor in eine Glasampulle eingeschmolzen, die ein inaktives Gas enthielt.

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Claims

Patentansprüche

Thermistor, insbesondere für hohe Temperaturen, mit einem gesinterten, Metalloxyd aufweisenden Widerstandskörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper aus (^i-oc-y» ^Vx* ^Tiy) °2 ^⁸⁸*⁶^» wobei χ oder y oder χ + y größer O und kleiner 1 ist.
2. Thermistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß χ oder y oder χ + y kleiner als 0,15 ist.
3» Thermistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstandskörper in einer Schutzgasatmosphäre eingeschlossen ist.
4. Verfahren zur Herstellung des Thermistors nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß reine Metalle und deren Pentoxyde als Pulver gemischt, in Pillen gepreßt und durch eine mehrstündige Wärmebehandlung unter wenigstens teilweisem Vakuum in einen homogenen Stoff umgewandelt werden und daß dieser Stoff gemahlen, in die gewünschte Form gepreßt und unter einem Schutzgas gesintert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einem Vakuum von etwa 10~⁵ mmHg und einer Temperatur von etwa 900⁰C während etwa 10 Stunden erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formpressen mit einem Druck von 1-2 t/cm erfolgt und das Sintern unter Argon bei einer Temperatur von 1400 - 1600⁰C während 10 - 20 Stunden vorgenommen wird.

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