DE2031701C3

DE2031701C3 - Heißleiter

Info

Publication number: DE2031701C3
Application number: DE19702031701
Authority: DE
Inventors: Ib Knud Dipl.-Ing. Langesoe Pr. Nordborg Kristensen (Daenemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1970-06-26
Filing date: 1970-06-26
Publication date: 1974-01-03
Also published as: DE2031701B2; GB1345735A; DK137028B; DE2031701A1; DK137028C

Description

Ferner ist es bei Heißleitern bekannt. Oxide des als Pulver gemischt, in Pillen gepreßt und durch eine

Titans, Niobiums und/oder Vanadiums mit einem mehrstündige Wärmebehandlung unter wenigstens

Erdalkalioxid, insbesondere Magnesiumoxid, zu korn- teilwtisem Vakuum in einen homogenen Stoff umge-

binieren. Durch Vorbrennen in oxydierender Atmos- wandelt werden, worauf dieser Stoff gemahlen, in die

phäre sollen diese Stoffe fein ineinander verteilt 65 gewünschte Form gepreßt und unter einem Schutzgas

werden, worauf ein Erhitzen bei hoher Temperatur gesintert wird.

erfolgt. Durch entsprechende Zusammensetzung des Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang

Gemisches läßt sich eine gewünschte Charakteristik, mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Heißleiter im schematischen Querschnitt und

Fig. 2 in einem Diagramm den Logarithmus der spezifischen Leitfähigkeit über dem Kehrwert der absoluten Temperatur.

In Fig. 1 ist ein Widerstandskörper 1 dargestellt, der aus Niobiumdioxid und Vanadiamdioxid besteht. An beiden Stirnseiten befindet sich eine aufgedampfte Metallelektrode 2, an die Zuleitungen 3. 4 angelötet sind. Das Ganze befindet sich in einer zugeschmolzenen Glasampulle 5, deren Innenraum 6 mit Argon gefüllt ist.

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

A: 100 Molprozent NbO₂ + 0 Molprozent VO,

B: 98 Molprozent NbOÖ + 2 Molprozent VO?,

C: 96 Molprozent NbOJ + 4 Molprozent VOO

D: 94 Molprozent NbOO + 6 Molprozent VO~,

E: 92 Molprozent NbO₂ + 8 Molprozent VOJ

Man erkennt daraus, daß unter Beibehaltung der für reines Niobiumdioxid geltenden Vorteile durch die Vanadiumdioxid-Anteile die spezifische Leitfähigkeit geändert werden kann.

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

Ein Beispiel zur Herstellung des erfindungsgemäßen Heißleiters wird nachstehend beschrieben. Zunächst wird anaiysenreines Pulver der gewünschten Metalle (hier Niobium und Vanadium) sowie der zugehörigen Pentoxide entsprechend der gewünschten Zusammensetzung abgewogen und sorgfältig gemischt. Aus der Mischung werden Pillen gepreßt, die in eine Quarzampulle eingeschlossen weiden. Die Quarzampulle wird bis zu einem Vakuum von 10 ^:1 mm Hg evakuiert. Durch eine lang andauernde Wärmebehandlung (über 10 Stunden) bei etwa 900C ergibt sich ein homogener

ίο Stoff, der in Äthanol in einer Kugelmühle gemahlen wird. Dieser Stoff wird unter einem Druck von 100 bis 200 N/mm"² in die gewünschte Form gepreßt. Die so hergestellten Körper werden auf einer Platin unterlage in einem Rohr aus Aluminiumoxid untergebracht.

Durch das Rohr wird ein Strom reines Argon geleitet, beispielsweise 50 cm³/min. Zu diesem Zweck wufde zunächst Argon normaler handelsüblicher Qualität durch ein Quarzrohr geleitet, das mit Kalziumkörnern gefüllt und von außen mittels eines Heizkörpers auf

so ca. 450²C erwärmt war. Gegebenenfalls wurde vor und hinter dem Rohr ein absorbierendes Molekularfilter eingeschaltet. Die gepreßten Körper im Aluminiumoxidrohr wurden dann in einem Ofen auf eine Temperatur zwischen 1400 und 1600" C erwärmt; nach 10 bis 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 bis 10 Minuten bei etwa 700^:C durchgeführt wurde, Zuleitungen angelötet wurden. Anschließend wurde der so fertiggestellte Heißleiter in eine Glasampulle eingeschmolzen, die ein inaktives Gas enthielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

auch bei hohen Temperaturen, erzielen (deutsche Patentansprüche: Patentschrift 712 538). Ähnliches gilt für einen Heißleiter, der aus Oxiden

1. Heißleiter mit einem gesinterten Widerstands- des Niobium und/oder Vanadium sowie dreiwertigen körper, der Metalloxide, wie Niobium-. Vanadium- 5 isolierenden Oxiden, wie Aluminiumoxid oder Chrom- und Titanoxid enthält, dadurch gekenn- oxid, besteht und bei etwa 1600 C oder mehr reduzeichnet, daß der Widerstandskörper (1) zierend gebrannt wird (deutsche Patentschrift 721 736). allein aus (Nb₁ , «,. V.,, Ti,,) O₂ ohne irgendwelche Hierbei bereitet es allerdings Schwierigkeiten, die weiteren Zusätze besteht, wobei χ oder r oder gewünschten Daten genau einzuhalten, weil schon -vi y je nach gewünschter Charakteristik größer 0 io geringe Toleranzen in der Ofentemperatur, in den und kleiner 0.15 ist. oxydierenden oder reduzierenden Bedingungen wäh-

2. Heißleiter nach Anspruch I, dadurch gekenn- reiid des Sinterverfahrens oder beim Abwiegen der zeichnet, daß ein Widerstandskörper (1) in einer Mischungsbestandteile zu einer erheblichen Änderung Schutzgasatmosphäre eingeschlossen ist. des spezifischen Widerstandes führten.

3. Verfahren zur Herstellung eines Heißleiters 15 Es sind Untersuchungen bekanntgeworden, die genach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, zeigt haben, daß reines Niobiumdioxid einen mit der daß reine Metalle und deren Pentoxide als Pulver. Temperatur abnehmenden Widerstand hat. und zwar gemischt, in Pillen gepreß! und durch eine mehrstün- bis über 700 C. Geringe Änderungen im stöchiomedige Wärmebehandlung unter wenigstens teilwei- trischen Mischungsverhältnis sind unschädlich.

sem Vakuum in einen homogenen Stoff umgewan- zo Sodann sind Heißleiter im wesentlichen aus SiIi-

delt werden und daß dieser Stoff gemahlen, in die ziumcarbid bekannt, die bis zum Glühen erhitzt werden

gewünschte Form gepreßt und unter einem können und auch in einer Flamme beständig sind

Schutzgas gesintert wird. (deutsche Auslegeschrift 1 526 214).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Auch Heißleiter aus Titanoxiden, Verbindungen der zeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einem 25 Erdalkalimetalle und der Schwermetalle lassen sich Vakuum von etwa 10 ^:i mm Hg und einer Tempe- derart herstellen, daß sie in oxydierender Atmosphäre ratur von etwa 900^:C während etwa 10 Stunden bis zur Rotglut belastbar sind (deutsche Patentschrift erfolgt. 840 410).

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gekennzeichnet, daß das Formpressen mit einem 30 Heißleiter anzugeben, der auch noch bei hohen Tem-Druck von 100 bis 200 N/mm'² erfolgt und das peraturen eine gute Temperaturansprechempfindlich-Sintern unter Argon bei einer Temperatur von keil hat und sich trotz Toleranzen bei der Herstellung 1400 bis 1600 C während 10 bis 20 Stunden vorge- auf sehr genaue Widerstandswerte einstellen läßt, nommen wird. Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs

35 erwähnten Heißleiter, erfindungsgemäß dadurch ge-

löst, daß der Widerstandskörper allein aus (Nb₁ _x ,,,

Vj-, Tij,) O₂ ohne irgendwelche weiteren Zusätze besteht, wobei χ oder ν oder .v -f y je nach gewünschter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißleiter mit Charakteristik größer 0 und kleiner 0,15 ist.

einem gesinterten Widerstandskörper, der Metall- 40 Für diese Mischungen aus dem Dioxid des Niobium,

oxide, wie Niobium-, Vanadium- und Titanoxid ent- Vanadium und/oder Titan gelten die gleichen Vorteile

hält. wie für reines Niobiumdioxid, d. h., auch bei hohen

Heißleiter, auch NTC-Widerstände genannt, haben Temperaturen über 300 C erhält man eine große einen elektrischen Widerstand, dessen Wert mit stei- Temperaturansprechempfindlichkeit also eine erhebgender Temperatur abnimmt. Sie werden in der 45 liehe Widerstandsänderung pro C. Mit Hilfe des Elektrotechnik an den verschiedensten Stellen einge- Titan- oder Vanadiumoxidzusatzes kann der spezisetzt, z. B. als Temperaturfühler, Regelelemente usw. fische Widerstand des betreffenden Körpers innerhalb

Es ist bekannt, die Widerstandskörper solcher weiter Grenzen nach Belieben eingestellt werden.

Heißleiter aus Metalloxiden aufzubauen, beispiels- Hierbei ergibt sich eine legierungsartige, homogene

weise aus den Oxiden von Kupfer, Zinn, Titan, Zink, 50 Mischung der einzelnen Bestandteile, die relativ große

Vanadium, Tantal, Niobium, Molybdän, Mangan, Toleranzen bei der Herstellung zuläßt, ohne daß der

Eisen, Kobalt, Nickel oder Chrom. Solche Heißleiter gewünschte spezifische Widerstand sich unzulässig

sind nur bedingt für höhere Temperaturen, z. B. über ändert.

300" C, brauchbar, da mit steigender Temperatur ihre Ein solcher Widerstandskörper besitzt, auch bei Aktivierungsenergie und damit ihre Temperatur- 55 höheren Temperaturen, eine sehr große Lebensdauer. Ansprechempfindlichkeit abnimmt. Oberhalb einer Zweckmäßigerweise wird er aber in eine inerte Schutzvorgegebenen Temperatur werden die Widerstands- gasatmosphäre eingeschlossen, wenn Temperaturen änderungen pro C zu gering; in manchen Fällen über 150³C bei der Anwendung zu erwarten sind,
verschwindet sogar die NTC-Eigenschaft (deutsche Für die Herstellung empfiehlt sich ein Verfahren, Patentschrift 631 867). 60 bei dem zunächst reine Metalle und deren Pentoxide