DE2221328C3 - Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitendem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands und aus diesem Material hergestellter Leiter - Google Patents

Description

5. Elektrischer Leiter mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands, hergestellt aus einem Material, das durch Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt wurde.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Materials mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands, und einen aus diesem Material hergestellten Leiter.

Aus der am 25. November 1965 off engelegten niederländischen Patentanmeldung 298534 ist ein elektrisch leitendes Material bekannt, das dadurch erhalten wird, daß ein im wesentlichen aus Magnesiumoxyd bestehendes Gemisch, welches 0,5 bis 3,0 Gew.% Titandioxyd und 1,0 bis 3,0 Gew.% Siliziumdioxyd enthält, reduzierend gesintert wird. Dieses Material ist zur Herstellung von Widerständen, die im Betrieb höheren Temperaturen lange Zeit ausgesetzt werden, sehr geeignet.

Derartige Widerstände werden häufig als Hilfswiderstand zum Begrenzen der Zündspannung in Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen angewendet, bei denen die Widerstände in den Außenkolben der Lampen angebracht werden. Während der Lebensdauer der Lampen (beispielsweise 10000 Stunden) werden die Widerstände auf eine Temperatur von beispielsweise 600° C gebracht. Unter diesen Umständen muß der Widerstandswert des Widerstands nahezu konstant bleiben. Dieser Anforderung genügen die aus dem bekannten elektrisch leitenden Material hergestellten Widerstände. Ferner hat sich gezeigt, daß die bekannten Widerstände auch gute mechanische Eigenschaften aufweisen und diese lange Zeit hindurch behalten.

Ein Nachteil des bekannten elektrisch leitenden Materials ist der, daß die Streuung im Widerstandswert der aus diesem Material hergestellten Leiter sehr groß ist Infolgedessen müssen viele der Leiter als ungeeignet erklärt werden, weil sie den erwünschten Widerstandswert erwiesenermaßen nicht besitzen.

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Materials zu schaffen, bei dem der obenerwähnte Nachteil nicht oder

ίο nahezu nicht auftritt.

Ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitendem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands durch reduzierendes Sintern eines im wesentlichen aus Magnesiumoxyd bestehen-

den Gemisches, das 0,25 bis 1,5 Mol% Titandioxyd und 0,35 bis 2,5 Mol% Siliziumdioxyd enthält, ist entsprechend der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch ferner 0,35 bis 2,5 Mol% Caldumoxyd oder Verbindungen enthält, die bei Erhitzung

die erwähnte Caldumoxydmenge liefern.

Es hat sich gezeigt, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Leiter erhalten werden, deren Widerstandswert sehr gut reproduzierbar ist, d. h., daß bei der Herstellung großer Anzahlen von Leitern mit einem Verfahren entsprechend der Erfindung, wobei eine bestimmte Zusammensetzung des zu sinternden Gemisches innerhalb der obenerwähnten Grenzen gewählt wurde, nur eine geringe Streuung im Widerstandswert gefunden wird. Die erfindungs-

gemäßen Leiter haben ebenso wie die bekannten Leiter gute mechanische Eigenschaften und auch eine sehr gute Temperaturbeständigkeit, wodurch sich der Widentandswertbei langanhaltender Einwirkung hoher Temperaturen nicht oder nur wenig ändert.

Vorzugsweise wird bei einem Verfahren entsprechend der Erfindung ein Gemisch angewendet, das 0,4 bis 0,9 Mol % Titandioxid, 0,6 bis 1,35 Mol% Siliziunidioxyd und ferner 0,6 bis 1,35 Mol% Caldumoxyd enthält. Dann werden nämlich leitende Materialien erhalten, deren Widerstandswerte sich für praktische Anwendungen am besten eignen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind das Caldumoxyd, das Titandioxyd und das SUiziumdioxyd im

Gemisch in dem Molarverhältnis von (3 ±0,5): (2 ±0,5): (3 ±0,5) vorhanden. In diesem Fall werden nämlich die besten Ergebnisse hinsichtlich der Reproduzierbarkeit des Widerstandswerts erzielt, und es zeigt sich außerdem, daß der mittlere Wider-

standswert der aus dem Material hergestellten Leiter auf «inen bestimmten unerwünschten Wert gut eingestellt werden krnn. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das erwähnte Molarverhältnis nahezu 3:2:3 beträgt, und dieses Verhältnis wird daher vorzugsweise angewendet. Die Größe des mittleren Widerstandswertes der Leiter wird bei konstantem Molarverhältnis der Oxyde durch die Gesamtmenge Caldumoxyd, Titandioxyd und Siiiziumdioxyd im Gemisch bestimmt. Ein bestimmter, erwünschter Wert des Widerstands kann nun dadurch eingestellt werden, daß bei konstantem Molarverhältnis (vorzugsweise 3:2:3) die Gesamtmenge der erwähnten Oxyde geändert wird, und zwar derart, daß der Widerstandswert um so größer ist, je kleiner die Gesamtmenge

t.5 der Oxyde gewählt wird.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann man statt Magnesiumoxyd auch eine solche Verbindung anwenden, aus der dieses Oxyd bei Erhitzung hervor-

geht, beispielsweise Magnesiumkarbonat. Im Ausgangsgemisch können Titandioxyd, Siliziumdioxyd und Calciumoxyd als solche oder vollständig oder teilweise in gebundenem Zustand, beispielsweise als Magnesiumtitanat bzw. Magnesiumsilikat vorhanden sein. Das Calciumoxyd kann beispielsweise als Calciumkarbonat oder als ein Niederschlag von Calcium- und Magnesiumkarbonat angewendet werden.

Zur Durchführung des Verfahrens entsprechend der Erfindung geht man vorzugsweise von einem Gemisch aus, das außer den erwähnten Bestandteilen ein organisches Bindemittel, beispielsweise Methylzellulose oder Nitrozellulose enthält Bevor das Gemisch reduzierend gesintert wird, kann das Bindemittel durch Erhitzung auf eine niedrigere Temperatur, z. B. auf 1300-1400° C, entfernt werden. Bei'dieser Erhitzung erfolgt bereits eine gewisse Sinterung.

Das reduzierende Sintern kann beispielsweise in einem Gasgemisch erfolgen, das aus etwa 85 Vol.% Stickstoff und etwa *5 Vol.% Wasserstoff besteht, bei

Temperaturen zwischen 1700 und 2000° C und vorzugsweise bei etwa 1800° C, z. B. während 5 bis 30 Minuten.

Die Erfindung wird anhand eines folgenden Herstellungsbeispiels näher erläutert

Ein Pulvergemisch, das aus 97,1 Mol% Magnesiumoxyd, 1,1 Mol% Calcramkarbonat, 0,7 MoJ% Titandioxyd und 1,1 Mol% Siliziumdioxyd besteht, wJrd mit einem Bindemittel, das aus 4,8 Gew.% Methylzellulose und 95,2 Gew.% Wasser besteht, innig vermischt, und daraus werden dann Stäbe gepreßt. Die Stäbe werden an der Luft getrocknet und dann während 60 Minuten auf etwa 1350° C erhitzt. Danach werden die Stäbe in einer Atmosphäre von etwa 92 Vol.% Stickstoff und etwa 8 Vol.% Wasserstoff während 15 Minuten auf etwa 1800° C erhitzt. Auf den erhaltenen leitenden Stäben werden zwecks Verwendung als Hilfswiderstände in Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen auf an sich bekannte Weise Elektroden angebracht.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitendem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands durch reduzierendes Sintern eines im wesentlichen aus Magnesiumoxyd bestehenden Gemisches, das 0,25 bis 1,5 MoWo Titandioxyd und 0,35 bis 2,5 Mol% Siliziumdioxyd enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch verwendet wird, das zudem 0,35 bis 2,5 Mol% Caldumoxyd oder Verbindungen enthält, die bei Erhitzung die erwähnte Calciumoxydmenge ergeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gemisch 0,4 bis 0,9 Mol% Titandioxyd und 0,6 bis 1,35 Mol% Saizhimdioxyd enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch verwendet wird, das 0,6 bis 1,35 Mol% Caldumoxyd enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch verwendet wird, das Caldumoxyd, Titandioxyd und Siliziumdioxyd im Gemisch im Molarverhältnis von (3 ± 0,5): (2 ± 0,5): (3 ± 0,5) enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch verwendet wird mit einem Molarverhältnis des Caldumoxyds, Titandioxyds und Siliziumdioxyds nahezu gleich 3:2:3.