DE2249817A1 - ELECTRICAL RESISTANCE FROM A CERAMIC BODY AND A GLASSY RESISTANT LAYER - Google Patents
ELECTRICAL RESISTANCE FROM A CERAMIC BODY AND A GLASSY RESISTANT LAYERInfo
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iA-41 961iA-41 961
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10880 Wilshire Boulevard, Los Angeles, California 90024, U.S.A.10880 Wilshire Boulevard, Los Angeles, California 90024, U.S.A.
Elektrischer Widerstand aus einem kerainisehen Körper und einer glasigen ¥iderstandssohlent Electrical resistance consisting of a kerainis body and a glassy resistance base
Es sind TDereits keramische Widerstände mit einer glasigen Widerstandsschient "bekannt, wobei sich in der &lasgrundmasse fein verteiltes, leitendes Material befindet.» Hergestellt werden diese Keramikwider stände, indem auf dem keramischen G-rundkörper eine das leitende Pulver enthaltende Glasfritte aufgetragen und das SIas niedergeschmolzen wird. In der so gebildeten Glasschicht sind die leitenden (Eeilehen fein dispers in einer Glasgrundmasse verteilt. Damit der Widerstand die gewünschten Werte hinsichtlich seiner elektrischen Widerstandswerte hat, liegt die glasige Schicht im allgemeinen als längliche schmale Zeile oder Weg vor* Im allgemeinen wird die Widerstandsschicht auch mit einem plastischen Material überzogen, um sie vor mechanischer Beschädigung, feuchtigkeit und anderer Yerunreinigungen aus derThey are already ceramic resistors with a glassy one Resistance rail "known, being in the & lasgrundasse finely distributed, conductive material is located. " Getting produced These ceramic resistors stand by placing on the ceramic base body a glass frit containing the conductive powder is applied and the SIas is melted down. In the glass layer formed in this way, the conductive components are finely dispersed in a glass base distributed. So that the resistance has the desired values with regard to its electrical resistance values, the vitreous layer generally lies as an elongated narrow line or way ahead * In general, the resistance layer is also coated with a plastic material to protect it from mechanical Damage, moisture and other contaminants from the
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Atmosphäre zu schützen.Protect atmosphere.
Bei Anwendung derartiger elektrischer Widersitänie ai|a eines keramischen Körper und einer glasigen WiieEst^aiissiihicht treten Ero-blerne auf, wenn der Widerstand überlastet wi?#f Alle Widerstände, einschließlich der oben beschriebenen, erwärmen sich während der Anwendung. Je höher die Belastung ist» vim so heißer werden die Widerstände. Es wurde festgestellt, daß Widerstände mit glasigen Widerstandsschichten sich bei Überlastbedingungen in einem solchen Ausmaß aufheizen, daß die Schutzschichten oder anderes entflammbares Material in der Hahe des Widerstands Feuer fangen können. Um diese gefährlichen Bedingungen auszuschalten, ist es wünschenswert, eine glasige Widerstandsschicht zu haben, die sozusagen selbstbegrenzend ist, d.h. im Hinblick auf die von ihr unter Überlastbedingungen entwickelte Wärmemenge.When using such electric Widersitänie ai | a aiissiihicht a ceramic body and a glassy WiieEst ^ occur Ero-blerne when the resistance wi overloaded # f all resistors, including those described above, heat up during use?. The higher the load is "vim are so hot the resistors. It has been found that resistors with vitreous resistive layers heat up under overload conditions to such an extent that the protective layers or other flammable material in the vicinity of the resistor can catch fire. In order to eliminate these dangerous conditions, it is desirable to have a vitreous resistive layer that is so to speak self-limiting, that is, with regard to the amount of heat it develops under overload conditions.
Die Erfindung betrifft nun elektrische Widerstände aus keramischen Grundkörpern mit glasigen Widerstandsschichten, die sich auch unter Überlastbedingungen nicht übermäßig erhitzen. Die erfindungsgemäßen Widerstände können über weite elektrische Werte eingestellt werden und besitzen stabile Widerstandswerte. Die erfindungsgemäßen Widerstände zeichnen sich dadurch aus, daß sie bei hohen V/iderstanden, also wenn sie unter großer Oberlast stehen, schmelzen oder den Stromkreis unterbrechen, so daß ein übermäßiges Aufheizen des Widerstands verhindert wird.The invention now relates to electrical resistors from ceramic base bodies with vitreous resistance layers that do not heat up excessively even under overload conditions. The resistors according to the invention can have wide electrical Values are set and have stable resistance values. The resistors according to the invention are characterized in that they withstand high V / resistance, that is, when they are below large Overload stand, melt or interrupt the circuit, so that excessive heating of the resistor is prevented.
Der erfindungsgemäße elektrische Widerstand aus einem keramischen Grundkörper und einer glasigen Widerstandsschicht, enthaltend ein leitendes, fein-disperses Material, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material ein Gemisch von Tantalcarbid (TaC) und Titansuboxid neben gegebenenfalls einem Rest von Titan ist. Unter dem Begriff "fein-disperses Material" versteht man ein Produkt mit einer mittleren Korngröße von nicht mehr als etwa 5/um. Das Gemisch von TaiitalearMd und Titan soll in der Widerstandsschicht in einer Menge von 10 bis 75 Vol.-$ vorliegen. Das Verhältnis von Tantaloarbid zn Titan kann variieren je nach dem angestrebten Widerstandswert uuclThe electrical resistance according to the invention from a ceramic base body and a vitreous resistance layer, containing a conductive, finely dispersed material, is now characterized in that the conductive material is a mixture of tantalum carbide (TaC) and titanium suboxide in addition to where appropriate a residue of titanium. The term "finely dispersed material" means a product with an average grain size of not more than about 5 µm. The mixture of TaiitalearMd and titanium is said to be in the resistive layer in an amount of 10 to 75 vol .- $ are available. The ratio of tantalum carbide to Titanium can vary depending on the desired resistance value uucl
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dem Temperaturkoeffizienten des Widerstands innerhalb des elektrischen Widerstands. Bei steigendem Anteil von Tantal carbid gegenüber Titan steigt der Widerstand und der Temperaturkoeffizierit des Widerstands -wird positiver. Durch Einstellung des Mischungsverhältnisses von Tantalcarbid und Titan und Variation der Menge an leitenden Teilchen innerhalb der isolierenden GIasfritte kann man den gewünschten Temperaturkoeffizienten des Widerstands bei dem angestrebten Widerstand einstellen.the temperature coefficient of resistance within the electrical resistance. With an increasing proportion of tantalum carbide compared to titanium, the resistance and the temperature coefficient increase of resistance - becomes more positive. By adjusting the mixing ratio of tantalum carbide and titanium and variation the amount of conductive particles within the insulating glass frit can be used to determine the desired temperature coefficient of the Set the resistance at the desired resistance.
Als Glasfritte für die Widerstandsschicht können erfindungsgemäß an sich bekannte Produkte angewandt werden, deren Erweichungspunkt unterhalb von Tantalcarbid und Titan liegt» Bevorzugt werden Borosilicatfritten angewandt wie Bleiborosilicate und solche enthaltend Wismut, Cadmium, Barium, Calcium,oder andere Erdalkaliborosilieate. Die Herstellung der Glasfritten ist an sich bekannt und wird im wesentlichen in einem Zusammenschmelzen der Ausgangsoxide, Eingießen der Schmelze in. Wasser und Zerkleinerung auf die Pritte durchgeführt.Pur den Versatz kann man jede Verbindung anwenden, die unter den üblichen Bedingungen .bei der Herstellung der Pritte die angestrebten Oxide liefert, z.B. Boroxid erhält man aus Borsäure, Bariumoxid aus Bariumcarbonat. Die grobe Pritte wird vorzugsweise mit Wasser in einer Kugelmühle aufgemahlen auf die gewünschte Peinheit und Gleichmäßigkeit der Korngröße.According to the invention, as a glass frit for the resistance layer products known per se are used, the softening point of which is below tantalum carbide and titanium »are preferred Borosilicate frits are used such as lead borosilicates and the like containing bismuth, cadmium, barium, calcium, or other alkaline earth borosilicate. The production of the glass frits is known per se and is essentially in a melting together of the Starting oxides, pouring the melt into water and grinding carried out on the Pritte. Any offset can be made Use compound which, under the usual conditions, delivers the desired oxides in the manufacture of the pritte, e.g. Boron oxide is obtained from boric acid, barium oxide from barium carbonate. The coarse pritte is preferably ground up with water in a ball mill to the desired punity and uniformity the grain size.
Im Rahmen der Herstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Widerstände wird handelsübliches Tantalcarbid und Titan vorerst auf die gewünschte Peinheit aufgemahlen. Dann wird Tantalcarbid, Titan und Glasfritte in den gewünschten Mengenverhältnissen im Hinblick auf den angestrebten spezifischen Widerstand und den Temperaturkoeffizienten der WiderStandsschicht gemischt, z.B. in einer Kugelmühle in Gegenwart von Wasser oder einem organischen Mahlhilfsmittel wie Butylcarbitolacetat. Die Viskosität der Masse wird derart eingestellt durch Entfernen oder Zugabe von flüssigem Medium, daß die Masse in entsprechender Weise auf den Keramikkörper als Schicht aufgetragen werden kann.In the context of the production of the electrical resistors according to the invention, commercially available tantalum carbide and titanium are used initially ground to the desired punity. Then tantalum carbide, titanium and glass frit are used in the desired proportions with regard to the desired specific resistance and the temperature coefficient of the resistance layer mixed, e.g. in a ball mill in the presence of water or an organic grinding aid such as butyl carbitol acetate. the Viscosity of the mass is adjusted by removing or adding liquid medium that the mass in a corresponding Way can be applied as a layer on the ceramic body.
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Die in dünner Schicht auf den Keramikkörper aufgebrachte Masse für die glasige Widerstandsschicht wird dann entsprechend gebrannt. Als Keramikkörper kann man übliche Materialien für ähnliche Zwecke anwenden, z.B. Körper aus Glas, Tonerde, Steatit, Porzelan, Bariumtitanat. Die Hasse für die Widerstandsschicht wird auf den Keramikkörper aufgetragen in üblicher Weise, z.B. durch Aufstreichen, Bürsten, Spritzen, Tauchen oder in der Art des Siebdrucks. Das Brennen geschieht in üblichen Öfen bei einer Temperatur, bei der die Glasfritte erweicht, jedoch bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Tantalßarbid und Titan. Das Zusammenschmelzen der Widerstandsscnicht findet vorzugsweise in nicht-oxidierender Atmosphäre, z.B. unter Argon, Helium oder Stickstoff, statt. Nach dem Abkühlen ist die glasige V/iderstandsschicht fest auf dem Keramikkörper gebunden.The compound applied in a thin layer to the ceramic body for the vitreous resistance layer is then correspondingly burned. Common materials can be used as ceramic bodies for similar purposes, e.g. bodies made of glass, alumina, Steatite, porcelain, barium titanate. The hatred for the resistance layer is applied to the ceramic body in the usual way, e.g. by painting on, brushing, spraying, dipping or in the Type of screen printing. The firing takes place in conventional ovens at a temperature at which the glass frit softens, but at a temperature below the melting temperature of tantalum carbide and titanium. The melting of the resistance does not take place preferably in a non-oxidizing atmosphere, e.g. under argon, Helium or nitrogen, instead. After cooling, the glassy resistance layer is firmly bonded to the ceramic body.
Beim Brennen der Masse für die Widerstandsschicht reagiert Titan mit Bestandteilen der Fritte unter Bildung von halbleitenden Suboxiden von Titan, TiO . Demzufolge enthalten die leitenden Teilchen des erfindungsgeinäßen Widerstands Tantalcarbid und diese Titanoxide. In den meisten Fällen werden jedoch nicht alle Titanteilchen vollständig in die Suboxide umgewandelt, und es bleibt in der Widerstandsschicht ein gewißer Anteil an Titanstrukturen über. Im Ausgangsmaterial kann man anstelle des ganzen oder eines Teils von Titan dessen SubOxid anwenden, um auf diese Weise Widerstände der gewünschten Eigenschaften zu erhalten.When the mass for the resistance layer is fired, titanium reacts with components of the frit to form semiconducting materials Suboxides of titanium, TiO. Accordingly, the conductive particles of the resistor according to the invention contain tantalum carbide and these titanium oxides. In most cases, however, it won't all titanium particles are completely converted into the suboxides, and a certain proportion of titanium structures remains in the resistance layer above. In the starting material, instead of all or part of titanium, its suboxide can be used to in this way resistances of the desired properties can be obtained.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Widerstände wird anhand der Figur erläutert. Der Widerstand 10 ist aufgebaut aus dem Keramikkörper 12 und der V/iderstandsschicht 14. Diese besteht aus einer Glasgrundmasse 16 mit eingebetteten Teilchen von Tantalcarbid 18 und TiO und gegebenenfalls Ti 20.The structure of the resistors according to the invention is explained with reference to the figure. The resistor 10 is made up of the Ceramic body 12 and the resistance layer 14. This consists of a glass base material 16 with embedded particles of tantalum carbide 18 and TiO and optionally Ti 20.
•A• A
In Tabelle 1 sind die elektrischen Eigenschaften, nämlich Widerstand und Temperaturkoeffizient des Widerstands von erfindungsgemäßen Widerständen mit variierenden Anteilen an Tantalcarbid und Titan und variierenden Verhältnissen- von TantalcarbidTable 1 shows the electrical properties, namely resistance and temperature coefficient of resistance, of the present invention Resistors with varying proportions of tantalum carbide and titanium and varying proportions of tantalum carbide
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zu. Titan zusammengestellt* Die Herstellung der Widerstände -geschah in obiger Weise. Die Brennbedingungen sind in der Tabelle I angegeben. to. Titan put together * The manufacture of the resistors happened in the above way. The firing conditions are given in Table I.
0Q min stand
Si. Firing conditions
0 Q min stand
Si.
Widerstands
ppm/grd bei
-55 C +1500GTemp. Ko eil. of
Resistance
ppm / grd at
-55 C +150 0 G
TaC + TiWeight - $
TaC + Ti
Verhält
nis
TaC/TiToI.- '
Relationship
nis
TaC / Ti
Aus der Tabelle I ergibt sich, daß optimale Mengen von Tantalcarbid und Titan zwischen 45 und 70 Gew.-^ dex· Hasse liegen für die Herstellung von Widerständen minimalen Temperaturkoefiiaieiiteu des Widerstands* .From Table I it can be seen that optimal amounts of tantalum carbide and titanium between 45 and 70 wt .- ^ dex · Hasse are for the manufacture of resistors with a minimum temperature coefiiaieiiteu of resistance *.
In Tabelle II sind die elektrischen Eigenschaiten. von erfindungsgemäßen Widerständen mit unterschiedlich zusammengesetzter U-lasphase der Wider stands schicht zusammengestellt. In allen Bällen betrug -die,.Gesamtmenge an Tantalcarbid :und Titan 67 Gew. -0Jx · und das Verhältnis Tanta lcar bid zu Titan war 2 : .1 (Yolumenverhältni:s). - ... ■-, ..-.-■.- · .,■.>·.. - · . : .In Table II are the electrical properties. composed of resistors according to the invention with differently composed U-lasphase the resistance layer. In all the balls, was -the .Gesamtmenge to tantalum: titanium and 67 wt - 0 · Jx and the ratio Tanta LCAR bid to titanium was. 2: .1 (Yolumenverhältni: s). - ... ■ -, ..-.- ■ .- ·., ■.> · .. - ·. : .
Brennbedingungen Wider- Temp.Koeff. desFiring conditions resistance temp.coeff. of
-550C-55 0 C
+1500Cat
+150 0 C
borosilicatMagnesiuralithium
borosilicate
borosilicatMagnesium lithium
borosilicate
Die erfindungsgemäßen Widerstände zeichnen sich durch eine außerordentlich geringe Entflammbarkeit bzw. Peuersicherheit aus, indem sie sich bei Überlast nicht extrem aufheizen. Diese Eigenschaften beruhen auf einer sehr schnellen Umwandlung der Widerstands schicht zu einem Material von sehr hohem Widerstands wert, v/enn der Widerstand überlastet wird. So wird beispielsweise der Widerstand schmelzen und den Stromkreis unterbrechen innerhalb von etwa 2 s, wenn er mit 40 V/ belastet wird. Bei steigender last ist die Abschmelzzeit noch kürzer. Demzufolge gelingt es nach der Erfindung, elektrische Widerstände mit glasigen Widerstand sschichten herzustellen, die über weite Widerstandswerte einstellbar sind, relativ stabil gegenüber Temperatur sind uiicl sich durch besondere Feuersicherheit auszeichnen, da sie selbst nicht brennen, wenn sie hoch überlastet werden.The resistors according to the invention are characterized by a extremely low flammability and fire safety, by not heating up extremely in the event of an overload. These properties are based on a very rapid conversion of the resistance layer to a material of very high resistance, v / enn the resistor is overloaded. For example, the Melt the resistor and interrupt the circuit within about 2 s when it is loaded with 40 V /. With increasing last, the meltdown time is even shorter. So it works According to the invention, electrical resistors with vitreous resistance layers to produce over wide resistance values are adjustable, are relatively stable with respect to temperature, are uiicl are characterized by special fire safety, as they do not burn themselves if they are heavily overloaded.
PatentansnrücneClaims
309827/0693309827/0693
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US20913971A | 1971-12-17 | 1971-12-17 | |
| US20913971 | 1971-12-17 |
Publications (3)
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| DE2249817B2 DE2249817B2 (en) | 1976-05-13 |
| DE2249817C3 DE2249817C3 (en) | 1976-12-30 |
Family
ID=
Also Published As
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| AU461020B2 (en) | 1975-05-15 |
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| US3788997A (en) | 1974-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |