DE2046746C3 - Electrical resistance made of a ceramic body and a vitreous resistance layer - Google Patents
Electrical resistance made of a ceramic body and a vitreous resistance layerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Widerstand aus finem keramischen Grundkörper und einer glasigen W derstandsschicht. Solche Widerstände sind aus der deutschen Patentschrift 3 14 173 bekannt, die als leitendes Material ein Metallpulver enthalten, und zwar '/erden solche Metalle angewandt, die der glasigen Widerstandsschicht entweder eine hohe Temperaturempfindlichkeit, wie z. B. Kupfer, oder eine hohe Spannungsempfindlichkeit, wie z. B. Nickel, zu verleihen vermögen. Die temperaturempfindlichen Gläser werden insbesondere für Tempe^aturmeßinstruinente und die spannungsempfindlichen Gläser für Detektoren angewandt. Durch Kombination dieser Metalle erhält man Widerstände, deren Widerstandswerte sowohl von der Temperatur als auch von der Spannung weitgehend abhängig und damit steuerbar (sind.The invention relates to an electrical resistor made of a fine ceramic base body and a glassy resistance layer. Such resistors are known from German patent specification 3 14 173, which contain a metal powder as a conductive material, namely '/ earth those metals used as the vitreous resistance layer either a high temperature sensitivity, such as. B. copper, or a high voltage sensitivity, such as B. Nickel, able to lend. The temperature sensitive Glasses are especially used for temperature measuring instruc- tions and the stress-sensitive glasses applied to detectors. By combining these Metals get resistors whose resistance values depend on the temperature as well as on the Voltage largely dependent and thus controllable (are.
Es sind bereits keramische Widerstände mit einer glasigen Widerstandsschicht bekannt (OE-PS 1 37 832), wobei sich in der Glasgrundmasse feinverteiltes leitendes Material befindet. Hergestellt werden diese Keramikwiderstände, indem auf dem keramischen Grundkörper eine das leitende Pulver enthaltende Glasfritte aufgetragen und das Glas niedergeschmolzen wird. In der so gebildeten Glasschicht sind die leitenden Teilchen feindispers in einer Glasgrundmasse verteilt. Das leitende Material muß nicht nur die Herstellung von Widerständen mit einem großen Widerstandsbereich gestatten, sondern auch zu einem stabilen Widerstand führen, d. h. Widerständen, die im Rahmen der Verwendung zu keinen Änderungen neigen. Eine weitere Eigenschaft, die bei derartigen Keramikwiderptänden wünschenswert ist, ist ein geringer Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes, d. h. ein Widerstand, der sich mit Temperaturänderui.g nur wenig hinsichtlLli der Widerstandswerte ändert 1 Die bisher als leitendes Material in derart aufgebauten Widerständen mit glasiger Widerstandsschicht verwendeten Stoffe haben zwar elektrisch entsprochen, bestanden jedoch aus einen oder mehreren Edelmetallen (CA-PS 7 65 340). Diese sind außerordentlich kostspielig, so daß auch die daraus hergestellten Widerstände sehr teuer sind Es wäre daher wünschenswert, ein Widerstandsmaterial zur Verfügung zu haben.Ceramic resistors with a vitreous resistance layer are already known (OE-PS 1 37 832), in which there is finely divided conductive material in the glass base material. These ceramic resistors are produced by applying a glass frit containing the conductive powder to the ceramic base body and melting the glass down. In the glass layer formed in this way, the conductive particles are finely dispersed in a glass base material. The conductive material must not only permit the manufacture of resistors with a large resistance range, but also lead to a stable resistance, ie resistors which do not tend to change in the course of use. Another feature that is desirable in such Keramikwiderptänden, is a low temperature coefficient of resistance, that is a resistor with Temperaturänderui.g little hinsichtlLli of the resistance values changes 1 have the materials previously used as the conductive material in thus constructed resistors with glassy resistance layer although electrically compliant, they consisted of one or more precious metals (CA-PS 7 65 340). These are extremely expensive, so that the resistors made from them are also very expensive. It would therefore be desirable to have a resistor material available.
welches in feincli.sper.scT Verteilung in einer glasigen Widerstandsschicht bei Keramikwidcr.siiinden bei zufriodenstellenden elektrischen Eigenschaften nicht so kostspielig ist.which in feincli.sper.scT distribution in a glassy Resistance layers in ceramic resistors are found in the case of satisfactory ones electrical properties is not that expensive.
Bekannt sind aus der US-PS J2 09 299 auch überzogene Draht- oder Meiallstreifcn-Widerstände aus einer 0,5-2,1% Zirkonium enthaltenden Kupfer-Nickel-Legierung, die einen geringen Temperaturkoeffizient aufweisen. Dort ist auch angegeben, daß man bei dieser Art von Widerständen eine Gasentwicklung beim Erhitzen verhindern kann, wenn der Kupfcr-Nickel-Lcgierung geringe Mengen an Cobalt bzw. der zirkoniumballigen Kupfer-Nickel-Legierung Desoxidationsmittel in Form von Magnesium, Aluminium, Mangan, Eisen, Calcium usw. zugesetzt werden.Are known from US-PS J2 09 299 also coated wire or metal strip resistors made of a copper-nickel alloy containing 0.5-2.1% zirconium, which have a low temperature coefficient. There it is also stated that you are at This type of resistor can prevent gas evolution when heated if the copper-nickel alloy small amounts of cobalt or the zirconium-crowned copper-nickel alloy deoxidizer in the form of magnesium, aluminum, manganese, iron, calcium, etc. can be added.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen elektrischen Widerstand der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen möglichst geringen Temperaturkoeffizienten des Widerstandswerts aufweist, wobei bei der Herstellung der glasigen Widerstandsschicht die Ausscheidung von Gasen verhindert werden soll.The object of the invention is now to create an electrical resistor of the type mentioned above, which has the lowest possible temperature coefficient of resistance, with during manufacture the glassy resistance layer is to prevent the excretion of gases.
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Widersland aus einem keramischen Grundkörper und einer glasigen V« iderstandschicht, unthaltend feindispers Kupfer und Nickel als leitendes Material und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht 25 bis 75 Gew.-% leitendes Material aus einer Kupfer-Nikkei-Legierung und zusätzlich auf bis zu 70 Gew.-% Wolfram, Molybdän, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Titan, Chrom oder Tantal enthält, wobei die Kupfer· N'ckel-Legierung aus 78 bis 35% Kupfer und 22 bis 65% Nickel besteht. Bevorzugt wird eine Legierung, enthaltend 74 bis 42% Kupfer und 26 bis 58% Nickel. Das zusätzliche Metall hat einen positiven Tcmperaturkoeffizienen des Widerstandes und läßt sich bei erhöhter Temperatur leicht oxidieren; bevorzugt verwendet man davon 3 bis 7 Gew.-%.The invention is based on an electrical contradiction of a ceramic base body and a vitreous resistance layer, containing finely dispersed copper and nickel as conductive material and is characterized in that the resistive layer comprises 25 to 75% by weight of conductive material made from a copper-Nikkei alloy and additionally up to 70 wt .-% tungsten, molybdenum, zirconium, hafnium, vanadium, Contains niobium, titanium, chromium or tantalum, the copper · N'ckel alloy consisting of 78 to 35% copper and 22 up to 65% nickel. An alloy containing 74 to 42% copper and 26 to 58% nickel is preferred. The additional metal has a positive temperature coefficient of resistance and can be used easily oxidize at elevated temperature; 3 to 7% by weight of this is preferably used.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Widerstände verwendet man im allgemeinen eine Glasfritte im Gemisch mit den pulverförmigen Teilchen der Kupfer-Nickel-Legierung. Unter »pulverförmigen Teilchen« oder »feindispers« versteht man ein Material mit einer durchschnittlichen Korngröße nicht über 5μηι. Besonders geeignet ist eine Kupfer-Nickel-Legierung, enthaltend 74 bis 42% Kupfer und 26 bis 58% Nickel, weiche einen geringen Temperaturkoeffizient des · Widerstandswertes besitzt.A glass frit is generally used in the manufacture of the resistors according to the invention in a mixture with the powdery particles of the copper-nickel alloy. Under "powdery particles" or "finely dispersed" means a material with an average grain size not exceeding 5μηι. A copper-nickel alloy containing 74 to 42% copper and 26 to 58% nickel is particularly suitable, soft has a low temperature coefficient of the resistance value.
Es wurde ferner festgestellt, daß die zusätzliche Anwendung eines geringen Anteils eines feindispersen Metalls, welches einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes besitzt und leicht bei erhöhter Temperatur oxydiert werden kann, nicht nur den Temperaturkoeffizient des V/iderstandswertes von der Widerstandsschicht zu verbessern vermag, sondern auch die Ausbildung von blasigen oder rauhen Oberflächen der Widerstandsschicht beim Einschmelzen der Glasfritte auf dem keramischen Grundkörper verhindertIt was also found that the additional use of a small proportion of a finely dispersed Metal, which has a positive temperature coefficient of resistance and is slightly at increased temperature can be oxidized, not only the temperature coefficient of the V / resistance value of Able to improve the resistance layer, but also the formation of blistered or rough Surfaces of the resistance layer when the glass frit is melted onto the ceramic base body prevented
Als Glasfritte für die Herstellung der erfindungsgemäßen Widerstände kann man bekannte Fritten % anwenden, deren Schmelz- oder Erweichungspunkte unterhalb des Schmelzpunkts der Kupfer-Nickel-Legierung und des zusätzlichen Metalls liegen. Als Glasfritte bevorzugt man ein Borsilicatglas, insbesondere mit einem bestimmten Gehalt an Blei, Wismut, Cadmium, Barium, Calcium oder anderen Erdalkalien. Die Hersteilung der Glasfritten ist bekannt und erfolgt z. B. durch Zusammenschmelzen der Glasbestandteile inAs a glass frit for the production of the resistors according to the invention, known frits % can be used, the melting or softening points of which are below the melting point of the copper-nickel alloy and the additional metal. A borosilicate glass is preferred as the glass frit, in particular with a certain content of lead, bismuth, cadmium, barium, calcium or other alkaline earths. The production of glass frits is known and takes place, for. B. by melting together the glass components in
Form ihrer Oxide ufid KingieWcn der Glasschmelze in W<ii-scr, wo diene /.iir Glasfritlc erstarrt. Für dun Glasversalz kann man &elbsivcrstilndlich jede Verbindung anwenden, die unter den bei der Friltenhersiellung herrschenden Bedingungen die gewünschten Oxide liefern, /.. B. wendel man für Boroxid Borsäure, für Bariumoxid Bariumcarbonat usw. an. Die grobkörnige Fnttc wird vorzugsweise in einer Kugelmühle nut Wasser gemahlen, um nun eine Frittc iin wesentlichen gleichförmiger Kornvertcilung zii erhallen.Form of their oxides ufid KingieWcn the molten glass in W <ii-scr, where you /.iir glass fritlc solidifies. For dun Glass oversalt can be & elbsivcrly every connection apply that among those in the Friltenhersiellung The prevailing conditions deliver the desired oxides, / .. B. wendel one for boric oxide boric acid, for Barium oxide barium carbonate, etc. The coarse-grained Fnttc is preferably groove in a ball mill Ground water to make a frying essential uniform grain size distribution.
Ks können handelsübliche Kupfer-Nickel-Legierungen mit einer Körnung im allgemeinen nicht über '5 μηι angewandt werden. Die Legierung kann auf eine durchschnittliche Körnung unter 5 \\.m trocken vermählen werden, und zwar in einer Kugelmühle in Gegenwart einer gewissen Menge der Glasfriite, die für die Widerslandsschicht vorgesehen ist. Wird die Legierung alleine trocken gemahlen, neigt das Pulver zum Agglomerieren infolge der Duktilitäl und läßt sich nur schlecht oder gar nicht auf die gewünschte Feinheit zerkleinern. Es zeigte sich jedoch, daß das Vermählen des Legierungspulvers in Gegenwart der Glasfritte eine Agglomcrierung verhindert und damit die Legierung auf die gewünschte Feinheit gemahlen werden kann.Commercially available copper-nickel alloys with a grain size generally not greater than 5 μm can be used. The alloy can be dry-milled to an average grain size of less than 5 \\. M , in a ball mill in the presence of a certain amount of the glass frit intended for the opposite layer. If the alloy is dry-milled on its own, the powder tends to agglomerate due to its ductility and is difficult or impossible to comminute to the desired fineness. It was found, however, that grinding the alloy powder in the presence of the glass frit prevents agglomeration and thus the alloy can be ground to the desired fineness.
Das Gemisch der Kupfer-Nickel-Legicrung und Glasfritte mit dem restlichen Anteil der Glasfritte und dem Pulver des zusätzlichen Metalls werden in den für die Widerstandsschicht gewünschten Mengenverhältnissen noch naß in einer Kugelmühle gemischt, und zwar mit Hilfe von Wasser oder einem organischen Medium wie Butylcarbitolacetat als Mehlmedium. Dann wird die Viskosität des Pulverschlamms eingestellt durch Entfernen oder Zugeben von Flüssigkeit bis auf die Konsistenz, wie sie für den Auftrag auf den keramischen Grundkörper geeignet ist.The mixture of the copper-nickel alloy and glass frit with the remaining portion of the glass frit and the powder of the additional metal are in the proportions desired for the resistive layer mixed while still wet in a ball mill with the aid of water or an organic medium such as butyl carbitol acetate as a flour medium. Then the viscosity of the powder sludge is adjusted by removing it or adding liquid to the consistency required for application on the ceramic Base body is suitable.
Der Auftrag auf den keramischen Grundkörper erfolgt in gleichmäßiger Schichtstärke. Als keramischen Grundkörper kann man jedes keramische Material anwenden, welches die Brenntemperatur der Widerstandsschicht auszuhalten vermag, z. B. Glas, Porzellan, feuerfestes Material, Bariumtitanat. Die wie oben hergestellte Glasmasse wird auf den Keramikgrundkörper in beliebiger Art aufgetragen, z. B. Aufbürsten, Tauchen, Sprühen oder mit Hilfe von Schablonen. Anschließend wird der keramische Grundkörper mit der aufgetragenen Masse für die Widerstandsschicht in einem öfen auf eine solche Temperatur erhitzt, daß die Glasfritte zusammenschmilzt, nicht jedoch der Schmelzpunkt der Kupfer-Nickel-^egierung oder des zusätzlichen Metalls erreicht wird. Das Brennen geschieht vorzugsweise in inerter Atmosphäre wie Argon, Helium, Stickstoff oder in einer reduzierenden Atmosphäre wie Wasserstoff oder einem Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff. Nach Niederschmelzen der Glasfritte und Abkühlen des Gegenstandes weist der keramische Grundkörper eine glasige, harte Widerstandsschicht auf.It is applied to the ceramic base in an even layer thickness. As a ceramic The base body can be any ceramic material that has the same firing temperature as the resistance layer able to withstand z. B. glass, porcelain, refractory material, barium titanate. The same as above The glass mass produced is applied to the ceramic base body in any way, e.g. B. Brushing, Dipping, spraying or with the help of stencils. Then the ceramic base body with the applied mass for the resistance layer is heated in an oven to such a temperature that the Glass frit melts together, but not the melting point of the copper-nickel alloy or the additional one Metal is achieved. The burning is preferably done in an inert atmosphere such as argon, Helium, nitrogen or in a reducing atmosphere such as hydrogen or a mixture of Nitrogen and hydrogen. After melting down the glass frit and cooling the object, the ceramic base body on a glassy, hard resistance layer.
Der erfindungsgemäße Widerstand wird an Hand der Abbildung näher erläutert. Der Widerstand 10 besteht aus einem keramischen Grundkörper 12 mit einer Widerstandsschicht 14, welche ihrerseits aufgebaut ist aus einer Glasgrundmasse 16, in der die Kupfer-Nickel-Legierung Iß und du.1, /nsälzliehe Meiiill 20 feiruhspins eingebettet sind.The resistor according to the invention is explained in more detail with reference to the figure. The resistor 10 consists of a ceramic base body 12 with a resistance layer 14, which in turn is made up of a glass base mass 16 in which the copper-nickel alloy I3 and 1 , / nsälzliehe Meiiill 20 are embedded.
In folgender Tabelle I ist die Zusammensetzung einer Anzahl von Versätzen zur Herstellung der Widerstands schicht nach der Erfindung zusammengestellt, F.s wurde eine Titan-Aluminium·Barium-Borosilical-Glitsfrine angewandt (USA.·Patentschrift 32 77 020), Die Herstellung der Glasfrille und des Versalze;, für die Widerstandsschicht geschah in oben beschriebener Weise, wobei die Glnsfrilie, Wolfram und die Legierung in einer Kugelmühle mit Hilfe von Butylcarbitolacetat als Mahlmedium gemischt wurden. Der Wittig der Masse erfolgte auf zylindrische Keramikkörper durch Tauchen in die Masse, dann wurde das Mahlhilfsmittel entfernt und die Gegenstände in einem Ofen in Sticksloffalmosphäre gebrannt. Zweckmäßigerweise wird in einem Tunnelofen mit maximaler Temperatur zwischen 750 und 9000C gebrannt. Die gesamte Zeit des Brennvorgangs von Raumtemperatur zur Brenntemperatur und wieder Abkühlen auf Raumtemperatur betrug 10 bis 60 Minuten.In the following Table I the composition of a number of offsets for the production of the resistance layer according to the invention is compiled, Fs a titanium-aluminum · barium-borosilical-Glitsfrine was applied (USA. · Patent 32 77 020), The production of the glass groove and the Salting ;, for the resistance layer was done in the manner described above, the glass, tungsten and the alloy being mixed in a ball mill with the aid of butyl carbitol acetate as grinding medium. The mass was applied to cylindrical ceramic bodies by dipping into the mass, then the grinding aid was removed and the objects were fired in a furnace in a nitrogen atmosphere. It is expedient to burn in a tunnel furnace with a maximum temperature of between 750 and 900 ° C. The total time of the firing process from room temperature to the firing temperature and cooling back to room temperature was 10 to 60 minutes.
Cu/Ni %
Gew.-%
LegierungCu / Ni%
Wt%
alloy
Gew.-% W 3,4
Gew.-% 55
GlasfriiteWt% W 3.4
Wt% 55
Glass frit
50/50 50/50 50/50 50/50 48/52 48/52 41,6 43,5 51,5 61,8 44 58,550/50 50/50 50/50 50/50 48/52 48/52 41.6 43.5 51.5 61.8 44 58.5
3,5
533.5
53
3,5
453.5
45
3.2
353.2
35
6,0
506.0
50
In folgender Tabelle Il sind die Widerstandswerte und die Temperaturkoeffizienten der Prüfkörper nach den Beispielen 1 bis 6 zusammengestellt.The following table II shows the resistance values and the temperature coefficients of the test specimens according to Examples 1 to 6 are compiled.
Die Erfindung wird nur in der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gesehen.The invention is only seen in the entirety of the features of claim 1.
Ω/ρ Δ ρ in %/grclΩ / ρ Δ ρ in% / grcl
-55 bis +250C 25 bis 1500C-55 to +25 0 C 25 to 150 0 C
Gemisch 1,2Mixture 1.2
+ 0,0601+ 0.0601
+ 0,0523+ 0.0523
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US894170A | 1970-02-05 | 1970-02-05 | |
| US894170 | 1986-08-07 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2046746A1 DE2046746A1 (en) | 1971-11-18 |
| DE2046746B2 DE2046746B2 (en) | 1973-04-12 |
| DE2046746C3 true DE2046746C3 (en) | 1977-10-06 |
Family
ID=
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